操作系统实验1_线程同步

注：源码粘贴在报告中。原创，转载请注明。 本实验讨论临界区问题及其解决方案。实验首先创建两个共享数据资 源的并发线程。在没有同步控制机制的情况下，我们将看到某些异常现象。 针对观察到的现象，本实验采用两套解决方案： • 利用Windows 的mutex 机制 • 采用软件方案 然后比较这两种方案的性能优劣。 操作系统中的线程同步是确保多个线程在访问共享资源时能正确协调的重要机制，避免出现数据竞争和死锁等异常情况。在这个实验中，我们主要关注临界区问题及其解决方案，通过创建并发线程来模拟实际环境下的多线程操作。 实验目标在于探讨在无同步控制的情况下，两个线程对共享数据进行操作时可能出现的问题，并提出两种解决策略：一是利用Windows提供的mutex机制，二是采用软件方案。实验中，我们创建了两个线程t1和t2，它们各自模拟银行账户之间的转账交易，即读取账户余额，生成随机数并进行加减操作。在Windows操作系统中，由于抢占式调度的存在，线程的执行顺序无法预测，这就可能导致数据不一致性的混乱现象。 实验首先展示了在无同步控制的混乱场景。在这种情况下，线程t1和t2并发执行，可能导致账户余额的错误。例如，线程t1读取了账户余额，但在这之后被切换出去，线程t2进行了转账，然后再切换回线程t1，此时t1继续操作的账户余额已经是旧值，导致数据错误。 为了解决这个问题，实验提出了两种解决方案： 1. **Mutex机制**：Mutex是一种同步对象，用于保护临界区。当一个线程获取了mutex，其他试图获取该mutex的线程将被阻塞，直到mutex被释放。在实验中，使用`CreateMutex()`函数创建mutex，`WaitForSingleObject()`函数使得线程在进入临界区前等待mutex，`ReleaseMutex()`函数则在离开临界区后释放mutex。这样，同一时间只有一个线程能够执行转账操作，避免了数据不一致。 2. **软件方案**：这个方案可能涉及自旋锁、信号量或其他软件实现的同步原语，但具体实现没有在实验内容中详细说明。通常，这种方案需要程序员自己编写代码来控制线程的执行顺序和资源共享。 实验中，通过对比使用mutex的线程和无同步控制的线程，我们可以分析两种方案的性能差异。Mutex虽然保证了数据一致性，但引入了上下文切换的开销，可能导致总体效率下降。因此，在实际应用中，需要根据系统的具体需求和资源使用情况选择合适的同步机制。 总结来说，这个实验深入浅出地解释了线程同步的重要性，通过具体的操作系统API展示了mutex如何解决临界区问题，同时也提醒我们在多线程编程中必须考虑到同步控制，以确保程序的正确性和高效性。