实验四：进程同步与通信

一、实验目的：
1．掌握基本的同步与互斥算法，理解P，V操作。
2．理解生产者消费者模型，了解其它典型的同步互斥模型，如哲学家就餐、读者－写者模型等。
3．学习使用Windows中基本的同步对象，掌握相关API的使用方法。
4．了解Windows中多线程的并发执行机制，实现进程的同步与互斥。
5．Windows进程间通信的方法有很多，了解其中的典型类型，如命名管道、文件映射等，掌握进程间通信的基本原理。了解windows系统环境下的进程通信机制，熟悉windows系统提供的进程通信API。
二、实验环境：VC6.0

三、实验内容：
(写出主要的内容)
PART 1 进程同步与互斥
1.使用临界区对象，模拟售票功能。
（1）运行截图

（2）在分析程序运行结果的基础上，增加一个函数，模拟退票功能，并在主函数中加入适当的语句。
代码：

#include 

#include
using namespace std;

DWORD WINAPI SellPro_1( LPVOID lpParameter);
DWORD WINAPI SellPro_2( LPVOID lpParameter );
DWORD WINAPI SellPro_3( LPVOID lpParameter );

int tickets=100;
CRITICAL_SECTION critical_sec; //定义关键区域
void main()
{
HANDLE hThread1;
HANDLE hThread2;
HANDLE hThread3;

InitializeCriticalSection(&critical_sec); //初始化关键区域
hThread1=CreateThread(NULL,0,SellPro_1,NULL,0,NULL);
hThread2=CreateThread(NULL,0,SellPro_2,NULL,0,NULL);
	hThread3=CreateThread(NULL,0,SellPro_3,NULL,0,NULL);	

CloseHandle(hThread1);
CloseHandle(hThread2);
	CloseHandle(hThread3);

Sleep(4000);

}

DWORD WINAPI SellPro_1( LPVOID lpParameter )
{
while(TRUE)
{
Sleep(1);
EnterCriticalSection(&critical_sec); //进入关键代码区域
if(tickets>0)
{
cout<<"thread1 sell ticket : "<<–tickets< }
else
break;
LeaveCriticalSection(&critical_sec); //离开代码关键区域
}
return 0;
}

DWORD WINAPI SellPro_2( LPVOID lpParameter)
{
while(TRUE)
{
Sleep(1);
EnterCriticalSection(&critical_sec); //进入关键代码区域
if(tickets>0)
{
cout<<"thread2 sell ticket : "<<–tickets<

	}
	else
		 break;
	LeaveCriticalSection(&critical_sec); //离开代码关键区域
}    
return 0;

}

DWORD WINAPI SellPro_3( LPVOID lpParameter)
{
while(TRUE)
{
Sleep(1);
EnterCriticalSection(&critical_sec); //进入关键代码区域
if(tickets>0)
{
cout<<"thread3 sell ticket : "<<++tickets<

	}
	else
		 break;
	LeaveCriticalSection(&critical_sec); //离开代码关键区域
}    
return 0;

}
运行截图：

2.使用信号量对象模拟售票功能。
（1）运行截图：

（2）将函数Thread_B中的语句Sleep(10);改为Sleep(20);，再分析程序运行结果。

分析：Thread_B延时20毫秒。Thread_A延时10毫秒

3.简单的生产者-消费者问题
（1）运行截图：

（2）修改程序，将每次产生的数据改为一个100之内的随机数。
修改的代码：

运行截图：

（3）修改程序，生产者进程中产生数据的个数不固定为20，如果无键盘输入事件，则一直循环产生数据，直到有键盘按下的操作才停止。相应的消费者进程中语句也需要修改。
提示：可使用kbhit( )函数判断有无键盘输入。
修改的代码：

4．在理解简单生产者-消费者程序的基础上，自己编程实现稍复杂的模型，将缓冲区改为能够存放若干个整数的数组，如int g_Buffer[N]; 其中N为一个整型常量。一个生产者，两个消费者。算法流程参考教材。
代码：
#include
#include
#include

BOOL SetConsoleColor(WORD wAttributes)
{
HANDLE hConsole = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
if (hConsole == INVALID_HANDLE_VALUE)
return FALSE;

return SetConsoleTextAttribute(hConsole, wAttributes);

}
const int END_PRODUCE_NUMBER = 8;
const int BUFFER_SIZE = 4;
int g_Buffer[BUFFER_SIZE];
int g_i, g_j;

CRITICAL_SECTION g_cs;
HANDLE g_hSemaphoreBufferEmpty, g_hSemaphoreBufferFull;
unsigned int __stdcall ProducerThreadFun(PVOID pM)
{
for (int i = 1; i <= END_PRODUCE_NUMBER; i++)
{
WaitForSingleObject(g_hSemaphoreBufferEmpty, INFINITE);

	EnterCriticalSection(&g_cs);
	g_Buffer[g_i] = i;
	printf("生产者在缓冲池第%d个缓冲区中投放数据%d\n", g_i, g_Buffer[g_i]);
	g_i = (g_i + 1) % BUFFER_SIZE;
	LeaveCriticalSection(&g_cs);

	ReleaseSemaphore(g_hSemaphoreBufferFull, 1, NULL);
}
printf("生产者完成任务，线程结束运行\n");
return 0;

}
unsigned int __stdcall ConsumerThreadFun(PVOID pM)
{
while (true)
{
WaitForSingleObject(g_hSemaphoreBufferFull, INFINITE);

	EnterCriticalSection(&g_cs);
	SetConsoleColor(FOREGROUND_GREEN);
	printf("  编号为%d的消费者从缓冲池中第%d个缓冲区取出数据%d\n", GetCurrentThreadId(), g_j, g_Buffer[g_j]);
	SetConsoleColor(FOREGROUND_RED | FOREGROUND_GREEN | FOREGROUND_BLUE);
	if (g_Buffer[g_j] == END_PRODUCE_NUMBER)
	{
		LeaveCriticalSection(&g_cs);
		ReleaseSemaphore(g_hSemaphoreBufferFull, 1, NULL);
		break;
	}
	g_j = (g_j + 1) % BUFFER_SIZE;
	LeaveCriticalSection(&g_cs);

	Sleep(50); 

	ReleaseSemaphore(g_hSemaphoreBufferEmpty, 1, NULL);
}
SetConsoleColor(FOREGROUND_GREEN);
printf("  编号为%d的消费者收到通知，线程结束运行\n", GetCurrentThreadId());
SetConsoleColor(FOREGROUND_RED | FOREGROUND_GREEN | FOREGROUND_BLUE);
return 0;

}
int main()
{

InitializeCriticalSection(&g_cs);

g_hSemaphoreBufferEmpty = CreateSemaphore(NULL, 4, 4, NULL);
g_hSemaphoreBufferFull  = CreateSemaphore(NULL, 0, 4, NULL);
g_i = 0;
g_j = 0;
memset(g_Buffer, 0, sizeof(g_Buffer));

const int THREADNUM = 3;
HANDLE hThread[THREADNUM];

hThread[0] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ProducerThreadFun, NULL, 0, NULL);

hThread[1] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ConsumerThreadFun, NULL, 0, NULL);
hThread[2] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ConsumerThreadFun, NULL, 0, NULL);
WaitForMultipleObjects(THREADNUM, hThread, TRUE, INFINITE);
for (int i = 0; i < THREADNUM; i++)
	CloseHandle(hThread[i]);


CloseHandle(g_hSemaphoreBufferEmpty);
CloseHandle(g_hSemaphoreBufferFull);
DeleteCriticalSection(&g_cs);
return 0;

}
运行截图：

PART 2 进程通信
共享内存文件映射方式
（1）运行截图：
（2）

（3）实现上述程序的控制停止功能，可以两种方式停止发送字符串：一种是服务器端发送10个字符串后便结束程序；另一种是用户在服务器端输入字符即结束程序。
修改的代码：

#include
#include
#include
#include
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{
int nRetCode = 0;
char szBuffer[20] ;

HANDLE hMapping = CreateFileMapping(NULL,NULL,PAGE_READWRITE,0,4096, "ShareMemory");
LPVOID lpBase = MapViewOfFile(hMapping,FILE_MAP_WRITE|FILE_MAP_READ,0,0,0);

srand((unsigned)time(NULL));
while(1)
{ for(int i=0;i<=9;i++)
szBuffer[i]=rand()%26+65;
szBuffer[10]=’\0’;
puts(szBuffer);
strcpy((char*)lpBase,szBuffer);
Sleep(1000);
break;
}
Sleep(20000);
UnmapViewOfFile(lpBase);
CloseHandle(hMapping);
return nRetCode;
}