附件11 临界区的互斥访问

实验6：临界区的互斥访问 1、 实验目的： 1、 进程的同步问题是操作系统处理机管理的一大核心问题，为了更好的理解和掌握操作系统管理的思想，现通过临界区的互斥访问来了解对临界资源的处理过程。 2、 学习VC++6.0线程控制，培养和提高学生的编程能力。 2、 实现环境 硬软件环境自己填 3、 实现 参照下面实现内容自己填写（要概括，突出重点，步骤，切忌应付） 4、 实现结果 写出自己的实现结果，如有问题，找出问题所在（总结、体会也可以附在后面） 虽然多线程能给我们带来好处，但是也有不少问题需要解决。例如，对于像磁盘驱动器这样独占性系统资源，由于线程可以执行进程的任何代码段，且线程的运行是由系统调度自动完成的，具有一定的不确定性，因此就有可能出现两个线程同时对磁盘驱动器进行操作，从而出现操作错误；又例如，对于银行系统的计算机来说，可能使用一个线程来更新其用户数据库，而用另外一个线程来读取数据库以响应储户的需要，极有可能读数据库的线程读取的是未完全更新的数据库，因为可能在读的时候只有一部分数据被更新过。 使隶属于同一进程的各线程协调一致地工作称为线程的同步。MFC提供了多种同步对象，下面我们只介绍最常用的四种： · 临界区（CCriticalSection） · 事件（CEvent） · 互斥量（CMutex） · 信号量（CSemaphore） 　 通过这些类，我们可以比较容易地做到线程同步。 使用 CCriticalSection 类 当多个线程访问一个独占性共享资源时,可以使用“临界区”对象。任一时刻只有一个线程可以拥有临界区对象，拥有临界区的线程可以访问被保护起来的资源或代码段，其他希望进入临界区的线程将被挂起等待，直到拥有临界区的线程放弃临界区时为止，这样就保证了不会在同一时刻出现多个线程访问共享资源。 CCriticalSection类的用法非常简单，步骤如下： 　 1. 定义CCriticalSection类的一个全局对象（以使各个线程均能访问），如CCriticalSection critical_section； 2. 在访问需要保护的资源或代码之前，调用CCriticalSection类的成员Lock（）获得临界区对象： 3. critical_section.Lock(); 在线程中调用该函数来使线程获得它所请求的临界区。如果此时没有其它线程占有临界区对象，则调用Lock()的线程获得临界区；否则，线程将被挂起，并放入到一个系统队列中等待，直到当前拥有临界区的线程释放了临界区时为止。 4. 访问临界区完毕后，使用CCriticalSection的成员函数Unlock()来释放临界区： 5. critical_section.Unlock(); 再通俗一点讲，就是线程A执行到critical_section.Lock();语句时，如果其它线程(B)正在执行critical_section.Lock();语句后且critical_section. Unlock();语句前的语句时，线程A就会等待，直到线程B执行完critical_section. Unlock();语句，线程A才会继续执行。 下面再通过一个实例进行演示说明。 由于学生可能没有VC++操作经验，请按照提示步骤一步步操作： 创建例程MultiThread8 1. 建立一个基于对话框的工程MultiThread8，在对话框IDD_MULTITHREAD8_DIALOG中加入两个按钮和两个编辑框控件，两个按钮的ID分别为IDC_WRITEW和IDC_WRITED，标题分别为“写‘W’”和“写‘D’”；两个编辑框的ID分别为IDC_W和IDC_D，属性都选中Read-only； A、 启动VC++6.0，点击“文件”“新建”菜单项 修改控件属性：右键点击控件找属性，可以修改控件的ID 把上面添加的四个控件按开头要求修改。 2. 在MultiThread8Dlg.h文件中声明两个线程函数： UINT WriteW(LPVOID pParam); UINT WriteD(LPVOID pParam); 3. 使用ClassWizard分别给IDC_W和IDC_D添加CEdit类变量m_ctrlW和m_ctrlD； 4. 在MultiThread8Dlg.cpp文件中添加如下内容： 为了文件中能够正确使用同步类，在文件开头添加： #include "afxmt.h" 定义临界区和一个字符数组，为了能够在不同线程间使用，定义为全局变量： CCriticalSection critical_section; char g_Array[10]; 添加线程函数： UINT WriteW(LPVOID pParam) { CEdit *pEdit=(CEdit*)pParam; pEdit->SetWindowText(""); critical_section.Lock(); //锁定临界区，其它线程遇到critical_section.Lock();语句时要等待 //直至执行critical_section.Unlock();语句 for(int i=0;i<10;i++) { g_Array[i]='W'; pEdit->SetWindowText(g_Array); Sleep(1000); } critical_section.Unlock(); return 0; } UINT WriteD(LPVOID pParam) { CEdit *pEdit=(CEdit*)pParam; pEdit->SetWindowText(""); critical_section.Lock(); //锁定临界区，其它线程遇到critical_section.Lock();语句时要等待 //直至执行critical_section.Unlock();语句 for(int i=0;i<10;i++) { g_Array[i]='D'; pEdit->SetWindowText(g_Array); Sleep(1000); } critical_section.Unlock(); return 0; } 别忘记了在这个文件的末尾添加上述两个函数 5. 分别双击按钮IDC_WRITEW和IDC_WRITED，添加其响应函数： void CMultiThread8Dlg::OnWritew() { CWinThread *pWriteW=AfxBeginThread(WriteW, &m_ctrlW, THREAD_PRIORITY_NORMAL, 0, CREATE_SUSPENDED); pWriteW->ResumeThread(); } void CMultiThread8Dlg::OnWrited() { CWinThread *pWriteD=AfxBeginThread(WriteD, &m_ctrlD, THREAD_PRIORITY_NORMAL, 0, CREATE_SUSPENDED); pWriteD->ResumeThread(); } 6、调试运行，查看程序运行结果。 由于代码较简单，不再详述。编译、运行该例程，您可以连续点击两个按钮，观察体会临界类的作用。 通过注释掉线程函数中开关锁语句（程序中标注为红色的几条语句），对比运行，体会临界区的互斥访问。 注意： 以上是利用临界区很好地实现了互斥，下面我们来看当没有实现临界区互斥会是如何？为了更好模拟不确定性，把上面程序做如下修改： 1、在MultiThread8Dlg.cpp文件中添加如下内容： 在文件开头添加全局变量，用于控制线程中循环的终止： bool semaphore=true; 2、增加一循环终止的按钮，IDC_STOP，标题为“停止循环”，双击添加函数内容如下： void CThead8Dlg::OnStop() { semaphore=false; } 3、把两个线程函数WriteD和WriteW做如下修改(不要复制粘贴，对比下，看有哪些不同，稍做修改)： UINT WriteW(LPVOID pParam) { CEdit *pEdit=(CEdit*)pParam; int j=0; pEdit->SetWindowText(""); //critical_section.Lock(); 这一句注释掉 //锁定临界区，其它线程遇到critical_section.Lock();语句时要等待 //直至执行critical_section.Unlock();语句 while (semaphore) {for (int i=0;i<10;i++) { g_Array[i]=65+j; pEdit->SetWindowText(g_Array); Sleep(1000);} j++; } // critical_section.Unlock();这一句注释掉 return 0; } UINT WriteD(LPVOID pParam) { CEdit *pEdit=(CEdit*)pParam; pEdit->SetWindowText(""); //critical_section.Lock();这一句注释掉 int j=0; //锁定临界区，其它线程遇到critical_section.Lock();语句时要等待 //直至执行critical_section.Unlock();语句 while (semaphore) { for(int i=0;i<10;i++) { g_Array[i]=97+j; pEdit->SetWindowText(g_Array); Sleep(1000); } j++; } //critical_section.Unlock();这一句注释掉 return 0; }