Лабораторная работа 3 (Методические указания к лабораторным работам)

Лабораторная работа №3

Критические разделы

Задание 1. Разработайте программу, запускающую несколько потоков.

Каждый поток должен последовательно в цикле увеличивать значение некоторой глобальной переменной, Затем производить с ней некоторые достаточно ресурсоемкие вычисления, а затем – восстанавливать значение глобальной переменной и отображать ее на экране. Очевидно, что на экране должны появиться одинаковые значения, равные начальному значению глобальной переменной.

Обратите внимание – глобальная переменная должна быть общая для всех потоков.

Для отображения значения глобальной переменной удобно воспользоваться компонентом ListBox – списком. Поместите список на форму и свяжите его с объектом типа CListBox (категория Controls).

Класс CListBox имеет следующие удобные методы.

void AddString (char* Str) – добавляет строку Str в список

void ResetContent() – очищает список.

Обратите внимание, что список может автоматически сортировать элементы, если установить галку Sort в свойствах списка.

Обратите внимание, что быстро скопировать компонент можно, выделив его, скопировав (Ctrl+C) и вставив из буфера (Ctrl+V). При этом скопируются и все его свойства.

Для эмуляции сложных вычислений можно воспользоваться системной функцией задержки Sleep:

void Sleep(int Time)

где Time – величина задержки в миллисекундах. В результате вызова этой функции потоку не будет выделяться квантов времени в течении Time миллисекунд.

Например, текст функции, реализующей поток, может выглядеть так:

int GlobalCounter=100;

DWORD __stdcall Thread(void* Param)

{

CListBox *List=(CListBox*)Param;

for(int i=0;i<20;i++)

{

GlobalCounter++;

Sleep(100);

GlobalCounter--;

char S[20];

sprintf(S,"C=%i",GlobalCounter);

List->AddString(S);

}

return 0;

}

Запустите программу. Объясните наблюдаемые явления.

Задание №2. Измените программу таким образом, чтобы она работала корректно.

Для этого воспользуйтесь критическими секциями.

Критическая секция – это участок кода, который может выполнять одновременно только один поток.

Для создания критической секции необходимо задать переменную типа CRITICAL_SECTION (это такая структура), и проинициализировать ее при помощи функции InitializeCriticalSection:

void InitializeCriticalSection (CRITICAL_SECTION* CritSect)

Точка входа в критическую секцию задается функцией EnterCriticalSection, а выход – LeaveCriticalSection:

void EnterCriticalSection (CRITICAL_SECTION* CritSect)

void LeaveCriticalSection (CRITICAL_SECTION* CritSect)

Участок кода между двумя этими функциями сможет одновременно выполнять лишь один поток.

После того, как критическая секция уже не нужна, ее следует удалить, освободив системные ресурсы. Для этого служит функция DeleteCriticalSection(&Sect1);

void DeleteCriticalSection (CRITICAL_SECTION* CritSect)

Запустите программу. В чем отличие от предыдущего случая?

Задание №3. Перепишите программу с использованием мютексов.

Критическая секция является структурой, существующей в виртуальном мире одной программы. Следовательно, она не может использоваться для синхронизации потоков двух разных программ.

Для синхронизации потоков нескольких процессов следует использовать объект операционной системы – мютекс (MUTually EXclusive – взаимно исключающий).

Мютекс может быть доступен всем программам через функции операционной системы, однако владеть мютексом в один и тот же момент времени может только один поток.

Доступ к мютексу осуществляется через дескриптор – переменную типа HANDLE.

Функции работы с мютексом:

создание мютекса

HANDLE CreateMutex(

lpSecurityAttributes LpMutexAttributes, //ссылка на атрибуты безопасности

BOOL bInitialOwner, //флаг первоначального владения

char* lpName) // имя мютекса

Вызов:

HANDLE hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,”MyMutex”);

Уничтожение:

void CloseHandle (HANDLE hMutex);

Захват мютекса

void WaitForSingleObject (HANDLE hMutex,int Time);

Здесь hMutex – дескриптор мютекса, а Time – время ожидания мютекса в миллисекундах. Здесь можно указать константу INFINITE, и тогда поток будет ждать освобождения мютекса без учета времени.

вариант вызова: WaitForSingleObject (hMutex,INFINITE);

Освобождение мютекса

void ReleaseMutex (HANDLE hMutex);

Поскольку мютексом одновременно может владеть только один объект, то фрагмент кода между вызовами WaitForSingleObject и ReleaseMutex будет выполняться одновременно только одним потоком.

Запустите программу. Объясните наблюдаемые явления.

В чем разница работы критических секций и мютексов?

Примерный текст программы.

Примечание. Текст программы может содержать сознательно внесенные в него ошибки, делающие программу неработоспособной. Пожалуйста, не переписывайте код программы из методички.

// CritDlg.cpp : implementation file

//

#include "stdafx.h"

#include "Crit.h"

#include "CritDlg.h"

#ifdef _DEBUG

#define new DEBUG_NEW

#undef THIS_FILE

static char THIS_FILE[] = __FILE__;

#endif

CRITICAL_SECTION Sect1; //Declaration of critical section;

HANDLE hMutex; //Declaration of mutex handle

int GlobalCounter=100; //Global Variable

int mode=0; //Mode:0-Normal, 1-CritSect, 2-Mutex

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// CCritDlg dialog

CCritDlg::CCritDlg(CWnd* pParent /*=NULL*/)

: CDialog(CCritDlg::IDD, pParent)

{

//{{AFX_DATA_INIT(CCritDlg)

//}}AFX_DATA_INIT

// Note that LoadIcon does not require a subsequent DestroyIcon in Win32

m_hIcon = AfxGetApp()->LoadIcon(IDR_MAINFRAME);

}

void CCritDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)

{

CDialog::DoDataExchange(pDX);

//{{AFX_DATA_MAP(CCritDlg)

DDX_Control(pDX, IDC_LIST4, m_List4);

DDX_Control(pDX, IDC_LIST3, m_List3);

DDX_Control(pDX, IDC_LIST2, m_List2);

DDX_Control(pDX, IDC_LIST1, m_List1);

//}}AFX_DATA_MAP

}

BEGIN_MESSAGE_MAP(CCritDlg, CDialog)

//{{AFX_MSG_MAP(CCritDlg)

ON_WM_PAINT()

ON_WM_QUERYDRAGICON()

ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTON1, OnButton1)

ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTON2, OnButton2)

ON_WM_CLOSE()

ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTON3, OnButton3)

//}}AFX_MSG_MAP

END_MESSAGE_MAP()

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// CCritDlg message handlers

BOOL CCritDlg::OnInitDialog()

{

CDialog::OnInitDialog();

SetIcon(m_hIcon, TRUE);

SetIcon(m_hIcon, FALSE);

// TODO: Add extra initialization here

InitializeCriticalSection(&Sect1); ////////////////////

hMutex=CreateMutex(NULL,false,"MySuperMutex"); // Initialisation //

return TRUE;

}

void CCritDlg::OnPaint()

{

if (IsIconic())

{

CPaintDC dc(this);

SendMessage(WM_ICONERASEBKGND, (WPARAM) dc.GetSafeHdc(), 0);

// Center icon in client rectangle

int cxIcon = GetSystemMetrics(SM_CXICON);

int cyIcon = GetSystemMetrics(SM_CYICON);

CRect rect;

GetClientRect(&rect);

int x = (rect.Width() - cxIcon + 1) / 2;

int y = (rect.Height() - cyIcon + 1) / 2;

// Draw the icon

dc.DrawIcon(x, y, m_hIcon);

}

else CDialog::OnPaint();

}

HCURSOR CCritDlg::OnQueryDragIcon()

{

return (HCURSOR) m_hIcon;

}

//=========================================

DWORD __stdcall Thread(void* Param)

{

CListBox *List=(CListBox*)Param;

for(int i=0;i<20;i++)

{

if (mode==1) EnterCriticalSection(&Sect1);

if (mode==2) WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);

GlobalCounter++;

Sleep(100);

GlobalCounter--;

char S[20];

sprintf(S,"C=%i",GlobalCounter);

if (mode==1) LeaveCriticalSection(&Sect1);

if (mode==2) ReleaseMutex(hMutex);

List->AddString(S);

}

return 0;

}

void CCritDlg::OnButton1()

{ mode=0; //Unsincronized

RunThreads();

}

void CCritDlg::OnButton2()

{

mode=1; //Use critical sections

RunThreads();

}

void CCritDlg::OnButton3()

{

mode=2; //Use mutex

RunThreads();

}

void CCritDlg::RunThreads()

{

m_List1.ResetContent();

m_List2.ResetContent();

m_List3.ResetContent();

m_List4.ResetContent();

CreateThread(0,0,Thread,&m_List1,0,0);

CreateThread(0,0,Thread,&m_List2,0,0);

CreateThread(0,0,Thread,&m_List3,0,0);

CreateThread(0,0,Thread,&m_List4,0,0);

}

void CCritDlg::OnClose()

{

CloseHandle(hMutex);

DeleteCriticalSection(&Sect1);

CDialog::OnClose();

}