Transcript 实习一：多进程(线程)实现快速排序 - bbsverticalsearch

实习1：并发控制
多生产者消费者问题
2015年4月12日星期日
题目说明(1)
•问题描述
– 有M个生产者，N个消费者，每个生产者每次生
产一个产品，每个消费者每次消费一个产品
– 存放产品的缓冲区可容纳K个产品
– 对于生产者生产的每一个产品，每个消费者必须
消费且仅能消费一次
2015年4月12日星期日
题目说明(2)
•要求
– 在Windows环境下实现上述问题
– 使用两种方式来实现：进程，线程
– 将运行的过程及结果以文本方式或直接向控制台
输出。具体内容包括（但不限于）：
• 每个生产者/消费者的一次生产/消费行为
• 每个生产者生产的产品
• 每个消费者消费的产品
• 每个消费者消费的产品来源（来自哪个生产者）
– 输出顺序与生产/消费顺序相同
2015年4月12日星期日
相关知识
Windows提供了以下4种对象
互斥对象
信号量对象
事件对象
CriticalSection对象






用户在使用这些对象时，需要指定对象的名称
，不同进程中用同样的对象名称来创建或打开
对象，从而获得该对象的句柄
你需要从中选择一种或几种来完成本次实验
2015年4月12日星期日
思考题
• 在完成实习的同时，你还需要回答以下问题
– 使用进程和线程两种方式完成该实习的过程中，
你分别使用了哪种(或哪几种)Windows对象？选
用该对象的理由是什么？
– 试分析：使用进程方式解决本次实习问题时，如
果分别采用上述几种同步对象，解决问题的过程
是否会有不同？(包括代码逻辑、实现的难易程度
等) 如果使用线程，又会有什么不同？
2015年4月12日星期日
相关知识
•互斥对象(Mutex)就是互斥信号量，在一个时刻
只能被一个线程使用
•它的相关API包括：CreateMutex、OpenMutex
和ReleaseMutex
–CreateMutex创建一个互斥对象，返回对象句柄
–OpenMutex打开并返回一个已存在的互斥对象句柄
，用于后续访问
–ReleaseMutex释放对互斥对象的占用，使之成为可用
2015年4月12日星期日
相关知识
•信号量对象(Semaphore)就是资源信号量，取值
的取值在0到指定最大值之间，用于限制并发访
问的线程数
•它的相关API包括：CreateSemaphore、
OpenSemaphore和ReleaseSemaphore
–CreateSemaphore创建一个信号量对象，在输入参数
中指定最大值和初值，返回对象句柄
–OpenSemaphore返回一个已存在的信号量对象的句柄
，用于后续访问
–ReleaseSemaphore释放对信号量对象的占用
2015年4月12日星期日
相关知识
• 事件对象(Event)相当于“触发器”，可用于通知
一个或多个线程某事件的出现
• 它的相关的API包括：CreateEvent、OpenEvent、
SetEvent、ResetEvent和PulseEvent
–CreateEvent创建一个事件对象，返回对象句柄
–OpenEvent返回一个已存在的事件对象的句柄，用于后
续访问
–SetEvent和PulseEvent设置指定事件对象为可用状态
–ResetEvent设置指定事件对象为不可用状态
2015年4月12日星期日
相关知识
• 对于以上三种同步对象，Windows 提供了两个统一
的等待操作:
• WaitForSingleObject和WaitForMultipleObjects
–WaitForSingleObject可在指定的时间内等待指定
对象为可用状态
–WaitForMultipleObjects可在指定的时间内等待
多个对象为可用状态
2015年4月12日星期日
相关知识
• 这两个API的接口为：
DWORD WaitForSingleObject( HANDLE hHandle, //
等待对象句柄
DWORD dwMilliseconds// 以毫秒为单位的最长等待时间
);
DWORD WaitForMultipleObjects( DWORD nCount,
//对象句柄数组中的句柄数；
CONST HANDLE *lpHandles,
// 指向对象句柄数组的指针，数组中可包括多种对象句柄；
BOOL bWaitAll,
// 等待标志：TRUE表示所有对象同时可用，FALSE表示至少
一个对象可用；
DWORD dwMilliseconds // 等待超时时限；
);
2015年4月12日星期日
相关知识
• Critical Section对象：只能在同一进程内使用的临
界区，同一进程内各线程对它的访问是互斥进行的。
把变量说明为CRITICAL_SECTION类型，就可作
为临界区使用。有关的API：
–InitializeCriticalSection对临界区对象进行初始化
–EnterCriticalSection等待占用临界区的使用权，得到使
用权时返回
–TryEnterCriticalSection非等待方式申请临界区的使用权；
申请失败时，返回0
–LeaveCriticalSection释放临界区的使用权
–DeleteCriticalSection释放与临界区对象相关的所有系统
资源
2015年4月12日星期日
相关知识
• 互锁变量访问：相当于硬件指令，对一个整数
（进程内的变量或进程间的共享变量）进行操作。
其目的是避免线程间切换的影响。有关的API：
–InterlockedExchange进行32位数据的先读后写原子操作
–InterlockedCompareExchange依据比较结果进行赋值的
原子操作
–InterlockedExchangeAdd先加后存结果的原子操作
–InterlockedDecrement先减1后存结果的原子操作
–InterlockedIncrement先加1后存结果的原子操作
2015年4月12日星期日
API
CreateMutex
• 说明：创建一个互斥对象
• 返回值：如执行成功，就返回互斥体对象的句柄；
零则表示出错
• 参数
lpMutexAttributes ：指向
SECURITY_ATTRIBUTES 结构的指针，该结构决
定子进程师父能继承返回句柄。若
lpMutexAttributes为NULL，则该句柄不能被继承
bInitialOwner ：若创建进程希望立即拥有该互斥
对象，则设为TRUE ；否则设为FALSE
lpName ：互斥对象的名字
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API(续)
OpenMutex
•说明：打开存在的已命名的互斥对象
•返回值：若成功，则返回互斥对象的句柄；
否则返回NULL
•参数
dwDesiredAccess :指定对请求的互斥对象的
访问方式。MUTEX_ALL_ACCESS表示可
以对该互斥对象进行所有可能的访问标记
bInheritHandle:指明返回句柄是否可以继承
lpName:要打开的互斥对象的名字
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API(续)
CreateSemaphore
•说明：创建一个信号量对象
•返回值：若执行成功，则返回信号量对象的
句柄；零则表示出错参数
lpSemaphoreAttributes ：定义了信号机的安
全特性，指向SECURITY_ATTRIBUTES结
构，若为NULL则表示使用默认属性
lInitialCount ：设置信号量的初始计数
lMaximumCount：设置信号量的最大计数
lpName ：信号量对象的名称
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API(续)
OpenSemaphore
•说明：用于打开一个已经存在的命名信号量
•返回值：返回该信号量对象的句柄
•参数
dwDesiredAccess：指明对所请求信号量的访
问，其中SEMAPHORE_ALL_ACCESS表示
对该信号量对象所有可能访问标记
bInheritHandle ：指明返回句柄是否可继承
lpName：要打开信号量对象的名字
2015年4月12日星期日
API(续)
ReleaseSemaphore
•说明：增加信号量的计数
•返回值：若成功则返回非零值，否则返回零
•参数
hSemaphore ：信号量对象的句柄
lReleaseCount：信号量对象的增额
lpPreviousCount：指向某个用于检索信号量
的前一个值的变量
2015年4月12日星期日
API(续)
WaitForSingleObjects
• 说明：当指定对象处于有信号状态或者超时的时候，
该函数返回
• 返回值：若成功，返回值表明引起函数返回的时间，
可能为WAIT_ABANDONED，WAIT_OBJECT_0
和WAIT_TIMEOUT；若函数失败，返回
WAIT_FAILED
• 参数
hHandle：等待对象句柄
dwMilliseconds：指定以毫秒为单位的超时间隔
2015年4月12日星期日
API(续)
WaitForMultipleObjects
• 说明：当任意一个或全部指定对象处于有信号状态
或者超时，则该函数返回
• 返回值：若函数成功，返回值表明引起函数返回的
事件
• 参数
nCount：指明由lpHandles所指向的数组中的对象句
柄数目
lpHandles：对象句柄数组的指针
fWaitAll：指明等待类型
dwMilliSeconds：指明以毫秒为单位的超时间隔
2015年4月12日星期日
API(续)
InitializeCriticalSection
•说明：该函数用于初始化临界区对象
•备注：单进程的所有线程可以使用互斥同步
机制的临界区对象，但是不能保证线程获得
临界区所有权的顺序
•参数
lpCriticalSection：指向临界区对象的指针
2015年4月12日星期日
API(续)
EnterCriticalSection
•说明：该函数用于等待指定临界区对象的所
有权，当调用线程被赋予所有权时，该函数
返回
•参数
lpCriticalSection：指向临界区对象的指针
2015年4月12日星期日
API(续)
LeaveCriticalSection
•说明：该函数用于释放指定临界区对象的所
有权
•参数
lpCriticalSection：指向临界区对象的指针
2015年4月12日星期日
API(续)
CloseHandle
•说明：关闭一个内核对象
•返回值：非零表示成功，零表示失败
•参数
hObject ：欲关闭的一个对象的句柄
2015年4月12日星期日
API(续)
Sleep
•说明：改函数用于在指定的时间间隔挂起当
前的执行线程
•返回值：无
•参数
dwMilliseconds：定义挂起执行线程的时间，
以毫秒为单位
2015年4月12日星期日
API(续)
CreateProcess
• 说明
创建一个新进程（比如执行一个程序）
• 返回值
Long，非零表示成功，零表示失败。会设置GetLastError
• 参数
lpCommandLine ：String，要执行的命令行。可用
GetCommandLine函数取得一个进程使用的命令行。
Windows会尽可能地根据下述搜索顺序来查找执行文件：
（1）包含了父进程执行文件的目录
（2）父进程当前的目录
（3）由GetSystemDirectory返回的系统目录
（4）仅适于windows NT：16位系统目录
（5）由GetWindowDirectory返回的Windows目录
（6）由PATH环境变量指定的目录
2015年4月12日星期日
dwCreationFlags ：
1.若设为CREATE_SUSPENDED ，则立即挂起新进
程。除非调用了ResumeThread函数函数，否则它
不会恢复运行
2.也可能是下述常数之一，用于指定优先级 :
IDLE_PRIORITY_CLASS
HIGH_PRIORITY_CLASS
NORMAL_PRIORITY_CLASS
lpStartupInfo ：STARTUPINFO，指定一个
STARTUPINFO结构，其中包含了创建进程时使用
的附加信息
lpProcessInformation ：PROCESS_INFORMATION，
该结构用于容纳新进程的进程和线程标识符。大多
数情况下，一旦这个函数返回，父应用程序都会关
闭两个句柄
2015年4月12日星期日
API(续)
CreateThread
• 说明：创建一个在调用进程的地址空间中执行的线程
• 参数
lpStartAddress：指向一个
LPTHREAD_START_ROUTINE类型的应用定义的
函数，该线程执行此函数
dwCreationFlags：定义控制线程创建的附加标志。若
定义了CREATE_SUSPENDED标志，线程创建后便
处于挂起状态，直到ResumeThread函数调用时才能
运行。若该值为0，则该线程创建后立即执行
lpThreadId：线程标识符
2015年4月12日星期日