一、实验目的和要求
要求了解操作系统的基本原理及基本概念，掌握实现各原理的算法，能结合实际开发工具模拟演示课程中涉及的算法，以达到深入掌握操作系统理论的目的。要求学生上机之前充分准备，给出算法的设计流程和详细代码；认真做实验，要求给出调试通过的可运行程序；认真解答思考题中的问题，记录实验中遇到的问题和解决方法；独立编写实验报告。
掌握并发进程中同步与互斥的机制，基于线程的编程技术开发类似生产者—消费者问题的演示程序。
二、实验方法与步骤（需求分析、算法设计思路、流程图等）
1.进程同步和互斥的概念：
进程同步的概念：把异步环境下的一组并发进程因直接制约而互相发送消息、进行互相合作、互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程称为进程间的同步。具有同步关系的一组并发进程称为合作进程，合作进程间互相发送的信号称为消息或事件。
进程互斥的概念：两个或两个以上的进程，不能同时进入关于同一组共享变量的临界区域，否则可能发生与时间有关的错误，这种现象被称作进程互斥。也就是说，一个进程正在访问临界资源，另一个要访问该资源的进程必须等待。
我们把一个时间段内只允许一个进程使用的资源称为临界资源。此外还有许多变量、数据、内存缓冲区等都属于临界资源。对临界资源的访问，必须互斥地进行。互斥，亦称间接制约关系。
进程同步是进程之间直接的制约关系，是为完成某种任务而建立的两个或多个线程，这个线程需要在某些位置上协调他们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系。进程间的直接制约关系来源于他们之间的合作。当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待。只有当使用临界资源的进程退出临界区后，这个进程才会解除阻塞状态。
信号量实现方式：通过设置一个表示资源个数的信号量 S，通过对信号量 S 的 P 和 V 操作来实现进程的的互斥。P V 操作是操作系统的原语。
P 操作首先减少信号量，表示有一个进程将占用或等待资源，然后检测 S 是否小于 0,如果小于 0 则阻塞，如果大于 0 则占有资源进行执行。
V 操作是和 P 操作相反的操作，首先增加信号量，表示占用或等待资源的进程减少了 1个。然后检测 S 是否小于 0，如果小于 0 则唤醒等待使用 S 资源的其它进程。
2.临界资源的互斥访问的四个部分：
进入区，临界区，退出区，剩余区。
3.为实现进程互斥，所有的同步机制应该遵循四大准则：
1.空闲让进。临界区空闲时，可允许一请求进入临界区的进程立即进入临界区；
2.忙则等待。当己有进程进入临界区时，其他试图进入临界区的进程必须等待；
3.有限等待。对请求访问的进程，应保证能在有限时间内进入临界区；
4. 让权等待。当进程不能进入临界区时，应立即释放处理，防止进程忙等待。
三、实验原始纪录（源程序、数据结构等）
1.同步
#include
typedef int semaphore;
struct process
{
};
typedef struct
{
int value; //资源个数
struct process *L; //阻塞队列
}ss;
void P(int *n)
{
(*n)–; //申请一个资源
printf(“apply a resource! n=%d\n”,(*n));
if((*n)<0)printf("no resources available,block the process!\n");
}
void V(int *n)
{
(*n)++; //释放一个资源
printf(“release a resource! n=%d\n”,(*n));
if((*n)<=0)printf("still another process is blocked, wakeup one from the block queue.\n");
}
void P1(int *n)
{
printf(“process P1!\n”);
printf(“Access code.\n”);
V(n);
}
void P2(int *n)
{
printf(“process P2!\n”);
P(n);
printf(“Access code.\n”);
}
int main()
{
semaphore n=0;
P1(&n);
P2(&n);
return 0;
}
2.互斥
#include
typedef int semaphore;
struct process
{
};
typedef struct
{
int value; //资源个数
struct process *L;
}ss;
void P(int *n)
{
(*n)–; //申请一个资源
printf(“apply a resource! n=%d\n”,(*n));
if((*n)<0)printf("no resources available,block the process!\n");
}
void V(int *n)
{
(*n)++; //释放一个资源
printf(“release a resource! n=%d\n”,(*n));
if((*n)<=0)printf("still another process is blocked, wakeup one from the block queue.\n");
}
void P1(int *n)
{
printf(“process P1!\n”);
P(n);
printf(“Access critical code.\n”);
V(n);
}
void P2(int *n)
{
printf(“process P2!\n”);
P(n);
printf(“Access critical code.\n”);
V(n);
}
int main()
{
semaphore n=1;
P1(&n);
P2(&n);
return 0;
}
四、实验结果及分析（计算过程与结果、数据曲线、图表等）
同步
互斥
以上进程的同步与互斥模拟算法符合其性质和概念，实验这个程序编写正确。
五、实验改进与思考
今天我们做了操作系统实验，其主题为“多线程编程解决进程间同步和互斥问题”。故将实验分为同步和互斥两个部分。
在实验之前，我对这个知识还处于一知半解的状态，在实验过后，我明白了进程同步是进程之间直接的制约关系，它们是为完成某种任务而建立的两个或多个线程，这个线程需要在某些位置上协调他们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系。进程间的直接制约关系来源于他们之间的合作。而且当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待。只有当使用临界资源的进程退出临界区后，这个进程才会解除阻塞状态。
通过一次次的实验，我发现我对计算机有了新的认识，以前只明白玩游戏、娱乐和简单的应用。经过这次的实验，我了解到，要真真正正的掌握计算机程序编写还不是一件简单容易的事儿，但真正掌握后，它带给我们的将是无穷的便捷与科技，我喜欢高端便捷的生活。我期望我能做计算机这个万能机器人的主人而不是奴隶，而不断的去进行实验会使我的思想、技能去上一个台阶！