操作系统实验1-9.doc

操作系统实验1-9的核心是让学生理解并掌握进程同步和互斥的概念，以及如何在实际编程中应用这些原理。实验目标包括： 1. **临界资源和临界区**：了解临界资源是需要被多个并发进程互斥访问的资源，而临界区是访问临界资源的那段代码。学生需要理解并发进程如何通过互斥访问防止数据竞争。 2. **多线程编程**：学习使用VC++或Java进行多线程编程，这是实现进程同步互斥的基础。 3. **P、V操作**：通过编程实现P、V操作，这两个操作用于管理信号量，实现对有界临界区的同步访问。P操作降低信号量的值，若结果小于零则阻塞；V操作增加信号量的值，若结果非负则唤醒等待的进程。 4. **进程同步和互斥的实现**：学生需要在代码级别实现进程间的同步和互斥关系，例如利用互斥锁和信号量机制。 实验要求学生具备一定的基础知识，如进程和线程以及调度理论，并在特定的硬件和软件环境下进行，例如Windows操作系统和VC++或Java开发环境。 实验内容主要包括： 1. **定义和创建临界资源和临界区**：实现临界资源的概念，创建能够表示临界资源的程序结构。 2. **互斥算法和有界缓冲区同步**：通过两个并发进程，实现对共享资源的互斥访问，以及使用有界缓冲区进行同步。 实验方案涉及的关键设计项目： 1. **并发访问出错示例**：演示没有同步机制时，并发访问共享资源可能导致的问题。 2. **互斥锁**：使用线程库提供的互斥锁（如POSIX中的MUTEX）来保护临界区，确保同一时间只有一个线程可以访问。 3. **软件实现P、V操作**：编写P、V操作的函数，以软件方式实现信号量机制。 4. **多缓冲区同步**：利用P、V操作实现两个线程对多个缓冲区的同步访问，确保数据的一致性。 实验方案实现范例提供了具体的编程示例，包括模拟线程并发运行、全局变量的竞争条件、共享文件的竞争条件，以及测试竞争条件出现的时间。此外，还介绍了如何使用互斥锁和软件方法实现互斥访问。 通过这个实验，学生可以深入理解并发编程中的一些核心概念，并能运用这些知识解决实际问题，如防止数据不一致性和死锁。实验过程不仅锻炼了学生的编程能力，也强化了他们对操作系统原理的理解。