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一、同步與互斥概念
操作系統(tǒng)中的同步和互斥操作是指處理多個任務(wù)或進(jìn)程時的不同方式。多個線程訪問共享數(shù)據(jù)時，使用互斥鎖可以確保在任意時刻只有一個線程能夠修改數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)不一致。
同步定義： 同步是指多個任務(wù)或進(jìn)程按照一定的順序執(zhí)行，以確保它們之間的關(guān)系和協(xié)調(diào)。
關(guān)鍵點(diǎn)：
- 協(xié)調(diào)執(zhí)行： 任務(wù)按照一定的規(guī)則或條件順序執(zhí)行，以避免不確定的結(jié)果。
- 等待機(jī)制： 在同步環(huán)境中，一個任務(wù)的執(zhí)行可能需要等待其他任務(wù)的完成或滿足特定條件。
互斥定義： 互斥是指在同一時刻只允許一個任務(wù)或進(jìn)程訪問共享資源，以防止數(shù)據(jù)競爭和一致性問題。
關(guān)鍵點(diǎn)：
- 獨(dú)占資源： 一次只有一個任務(wù)能夠訪問臨界區(qū)（共享資源的代碼段）。
- 互斥鎖： 通常使用互斥鎖等機(jī)制來保護(hù)共享資源，確保只有一個任務(wù)能夠持有鎖并訪問資源。
二、算法
#include <windows.h>
#include <iostream>
#include<stdio.h>
bool g_continue = true; //控制程序結(jié)束
HANDLE g_hS; //當(dāng)盤子為空時的線程
HANDLE g_hS0; //當(dāng)盤子中放的是桔子線程
HANDLE g_hS1; //當(dāng)盤子中放的是蘋果線程
DWORD WINAPI father(LPVOID); //定義父親線程
DWORD WINAPI son(LPVOID); //定義兒子線程
DWORD WINAPI daughter(LPVOID);//定義女兒線程
int main()
{
//創(chuàng)建各個互斥與資源信號量
g_hS = CreateSemaphore(NULL,1,1,NULL); //盤子中是否有水果
g_hS0 = CreateSemaphore(NULL,0,1,NULL); //盤子中的水果為桔子
g_hS1 = CreateSemaphore(NULL,0,1,NULL); //盤子中的水果為蘋果
//其中第2和3個參數(shù)為信號量的初始值和最大值
const unsigned short father_COUNT = 0; //聲明父親
const unsigned short son_COUNT = 0; //聲明兒子
const unsigned short daughter_COUNT = 0;//聲明女兒
//總的線程數(shù)
const unsigned short THREADS_COUNT = father_COUNT+son_COUNT+daughter_COUNT ;
HANDLE hThreads[THREADS_COUNT]; //各線程的handle
DWORD fatherID[father_COUNT]; //父親線程的標(biāo)識符
DWORD sonID[son_COUNT]; //兒子線程的標(biāo)識符
DWORD daughterID[daughter_COUNT]; //女兒線程的標(biāo)識符
//創(chuàng)建父親進(jìn)程
hThreads[0]=CreateThread(NULL,0,father,NULL,0,&fatherID[0]);
if (hThreads[0]==NULL) return -1;
//創(chuàng)建兒子進(jìn)程
hThreads[1]=CreateThread(NULL,0,son,NULL,0,&sonID[0]);
if (hThreads[1]==NULL) return -1;
//創(chuàng)建女兒進(jìn)程
hThreads[2]=CreateThread(NULL,0,daughter,NULL,0,&daughterID[0]);
if (hThreads[2]==NULL) return -1;
while(g_continue){
if(getchar()){ //按回車后終止程序運(yùn)行
g_continue = false;
}
}
return 0;
}
//父親放水果的操作，輸出
void eat()
{
std::cerr << "兒子吃桔子" << std::endl;
}
void eat1()
{
std::cerr << "女兒吃蘋果" << std::endl;
}
//父親進(jìn)程
DWORD WINAPI father(LPVOID lpPara)
{
while(g_continue){
WaitForSingleObject(g_hS,INFINITE);
int juzhi=rand()%2; //設(shè)置了一個隨機(jī)數(shù)，來模擬父親放的是什么水果
Sleep(1500);//方便觀察實(shí)驗結(jié)果
if(juzhi==1){
printf("父親放入了一個桔子\n");
Sleep(1000);
ReleaseSemaphore(g_hS0,1,NULL);
}
else{
printf("父親放入了一個蘋果\n");
Sleep(1000);
ReleaseSemaphore(g_hS1,1,NULL);
}
}
return 0;
}
//兒子進(jìn)程
DWORD WINAPI son(LPVOID lpPara)
{
while(g_continue){
WaitForSingleObject(g_hS0,INFINITE);
eat();
Sleep(1500);
ReleaseSemaphore(g_hS,1,NULL);
}
return 0;
}
//女兒進(jìn)程
DWORD WINAPI daughter(LPVOID lpPara)
{
while(g_continue){
WaitForSingleObject(g_hS1,INFINITE);
eat1();
Sleep(1500);
ReleaseSemaphore(g_hS,1,NULL);
}
return 0;
}
執(zhí)行結(jié)果
三、總結(jié)
同步的應(yīng)用：
-
線程同步： 在多線程編程中，同步用于協(xié)調(diào)多個線程的執(zhí)行，確保它們按照一定的順序執(zhí)行或等待某些條件滿足后再繼續(xù)執(zhí)行。
-
協(xié)同任務(wù)： 同步可以用于協(xié)同任務(wù)的執(zhí)行，確保任務(wù)之間的依賴關(guān)系和順序。
-
異步編程： 同步機(jī)制常用于異步編程中，確保異步任務(wù)的正確執(zhí)行順序。
-
GUI應(yīng)用： 在圖形用戶界面(GUI)應(yīng)用中，同步用于處理用戶界面的響應(yīng)和更新，以保持用戶體驗。
-
網(wǎng)絡(luò)通信： 同步操作常用于等待網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的到達(dá)或發(fā)送數(shù)據(jù)后等待確認(rèn)。
互斥的應(yīng)用：
-
共享資源保護(hù)： 互斥機(jī)制用于保護(hù)共享資源，防止多個線程或進(jìn)程同時訪問導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致性或競態(tài)條件。
-
臨界區(qū)保護(hù)： 互斥鎖用于保護(hù)臨界區(qū)，確保在任意時刻只有一個線程能夠執(zhí)行臨界區(qū)的代碼。
-
文件操作： 互斥可以用于文件讀寫操作，以確保在寫操作進(jìn)行時不會發(fā)生讀操作，反之亦然。
-
數(shù)據(jù)庫訪問： 在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中，互斥用于保護(hù)對數(shù)據(jù)庫的訪問，以防止并發(fā)訪問導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。
-
資源分配： 互斥可以用于保護(hù)對有限資源的訪問，如線程池中的線程對任務(wù)的分配。
綜合應(yīng)用：
-
生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題： 使用同步和互斥來解決生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)調(diào)問題。
-
讀寫鎖： 讀寫鎖結(jié)合了同步和互斥的特性，允許多個線程同時讀取共享數(shù)據(jù)，但在寫操作時進(jìn)行互斥。
-
定時任務(wù)調(diào)度： 同步和互斥可以用于定時任務(wù)的調(diào)度，確保任務(wù)在指定時間執(zhí)行。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-817127.html
-
并行計算： 在并行計算中，同步和互斥用于協(xié)調(diào)和保護(hù)多個計算單元的執(zhí)行。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-817127.html
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