《操作系统实验指南》
实验二 进程（线程）同步及死锁
一、实验目的
在多进程（线程）运行环境中，进程（线程）之间并发执行，如果对进程（线程）访问临界资源（如公共变量）的操作不加限制，就会产生“与时间有关”的错误。为防止这类错误，必须用同步机构控制进程（线程）对临界资源（公共变量）的访问。
在一个进程（线程）需要两个或两个以上的临界资源时，如果申请和推进顺序不当，会造成死锁，即多个进程（线程）因竞争临界资源而造成的一种僵局，若无外力作用，这些进程（线程）都将永远不能再向前执行。
本实验利用Windows系统提供的同步机制，来协调线程（Thread）间的并发执行，并比较各种预防死锁的措施，以加深对同步机制和死锁的理解，并学会在并发程序中引用同步机构，并预防死锁的编程方法。
二、实验要求
熟悉Windows操作系统及VC++程序设计方法
三、实验内容
设计解决哲学家就餐问题的并发线程。
假定有6个哲学家，围着圆桌交替地进行思考和进餐；每次进餐时，必须同时拿到左右两边的两只筷子才能进餐；进餐后，再放下筷子继续思考。
这是一个典型的同时需要两个资源的例子，如果申请资源顺序不当，可能会引起死锁。
本实验设计6个哲学家共享一个相同的线程Philosopher，既完成线程同步，又预防死锁发生。实验中采用了3种预防死锁的方法（摒弃‘环路等待’条件，摒弃‘请求和保持’条件，摒弃‘不剥夺’条件），要预防死锁，只采用其中的任何一种方法即可。
四、Windows及VC++并发线程同步机制程序设计简介 1、Windows线程简介
-1-
在Windows环境下，一个进程（即一个执行文件*.exe）可以同时包含多个线程，每个线程是一个分配CPU和独立执行的单位，线程可并发执行，但在访问同类临界资源的线程之间，必须采用同步机制，实现对临界资源（如公共缓冲区）的同步访问。
2、VC++并发线程设计简介 ⑴、创建线程
采用CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, // 线程安全属性
DWORD dwStackSize,
// 堆栈大小 // 线程启动函数 // 线程函数参数 // 线程创建属性 // 线程标识
LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, LPVIOD lpParameter,
DWORD dwCreationFlags, LPDWORD lpThreadId);
函数可创建一个线程。
最简洁地创建线程形式为：
hThread = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE) ThreadName, NULL, 0, &ThreadID );
该形式只给出创建的线程名（ThreadName）和返回值（ThreadID），其余值皆为默认值。 ⑵、创建信号量
采用CreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsa,
LONG lInitialCount, LONG lMaxCount,
// 安全属性 // 初始值 // 最大值 // 信号量名
LPTSTR lpszSemName);
创建一般信号量最简洁方式为：（hSemaphore为一般信号量句柄） hSemaphore = CreateSemaphore(NULL, 0, MAXCOUNT-1, NULL); 等待信号量同样采用WaitForInputIdle ()函数，可以用以下形式： WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE); 发送信号量:
采用ReleaseSemaphore(HANDLE hSemaphore,
LONG lRelease,
LPLONG lplPrevious);
// 信号量句柄 // 发信号量数 // 前次信号量值
⑶、等待信号量和发送信号量
发送一般信号量最简洁方式为： ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, NULL); ⑷、摒弃‘环路等待’条件
使至少有一位哲学家拿筷子的顺序与其它哲学家不同。
-2-
本实验设计第0个哲学家从右边拿筷子，而其它哲学家从左边拿筷子。程序实现如下：
if (ThreadID == 0) { }
R1 = (ThreadID+1) % 6; R2 = ThreadID;
⑸、摒弃‘请求和保持’条件
使哲学家同时拿到两只筷子，否则，一只筷子也不拿。程序实现如下：
Wait(Mutex);
if ((ChopstickUsed[R1]) || (ChopstickUsed[R2])) { }
Signal(Mutex);
如果哲学家不能拿到第二只筷子，则第一只筷子也放弃掉。程序实现如下：
Wait(Mutex);
if (ChopstickUsed[R2]) { }
Signal(Mutex);
Signal(Mutex); goto ReleaseChopstick; Signal(Mutex); goto LoopAgain;
⑹、摒弃‘不剥夺’条件
-3-
HWND hWind; HDC hWDC;
void InitThreadSemaphore(void); void DrawPhilosopher(void);
//--------------------------------------------------------------------------- // DWORD FAR PASCAL InitThreadSemaphore() //
// Description:
// Window主函数 //
//---------------------------------------------------------------------------
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam) { int wmId, wmEvent; PAINTSTRUCT ps; HDC hdc; TCHAR szHello[MAX_LOADSTRING]; LoadString(hInst, IDS_HELLO, szHello, MAX_LOADSTRING); switch (message) { case WM_CREATE: hWind = hWnd; hWDC = GetDC(hWnd); break; case WM_COMMAND: wmId = LOWORD(wParam); wmEvent = HIWORD(wParam); // Parse the menu selections: switch (wmId) { case IDM_EAT: InitThreadSemaphore(); break; case IDM_EXIT: ReleaseDC(hWnd, hWDC); DestroyWindow(hWnd); break; default: return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);
-4-
}
break;
case WM_DESTROY: PostQuitMessage(0); break; default: return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam); }
return 0; }
case WM_PAINT: hdc = BeginPaint(hWnd, &ps); // TODO: Add any drawing code here... RECT rt; GetClientRect(hWnd, &rt);
DrawPhilosopher(); EndPaint(hWnd, &ps); break;
-5-