Цель: Научиться проектировать многопоточные приложения ( multithread applications ) и использовать основные средства взаимодействия в среде ОС.

В разделе необходимо составить программу, которая бы реализовывала параллельное выполнение проекта в среде ОС Windows. При этом необходимо воспользоваться механизмом вытесняющей многозадачности (Потоки/Процессы) и доступными средствами синхронизации и обмена данными.

Структура проекта задается двудольным графом (аналогичным сети Петри), в котором каждый узел представляет собой блок обработки, а переход – точку синхронизации и/или передачи данных. В зависимости от варианта, проект может иметь структуру одного из следующих типов:

Тип обработки для каждого узла зависит от номера варианта и берется из таблицы. Все блоки обработки имеют один вещественный аргумент и один вещественный результат. Аргумент формируется по формуле:

Arg = Σ Rez * Nblock * Nvar

где Σ Rez  сумма результатов входящих блоков;

Nblock номер блока в конфигурации;

Nvar номер варианта.

Следует обратить внимание на то, что получение суммы результатов требует использования средств защиты доступа к разделяемым данным.

Результат обработки определяется типом обработчика:

“начало” — начинает выполнение проекта (результат всегда = 1);

“конец” — завершает выполнение проекта – выводит на экран свой аргумент, закрывает все потоки, освобождает ресурсы;

SS – SS(Arg) – вычисление суммы ряда Σ ABS(sin(i)) для i от 1 до модуля Arg;

SC – SC(Arg) – вычисление суммы ряда Σ ABS(cos(i)) для i от 1 до модуля Arg;

IL – IL(Arg) – вычисление определенного интеграла ABS(sin(x)) на интервале от -Arg до +Arg методом левых прямоугольников с разбиением на 100*Arg интервалов;

IR – IR(Arg) – вычисление определенного интеграла ABS(cos(x)) на интервале от -Arg до +Arg методом правых прямоугольников с разбиением на 100*Arg интервалов;

IT – IT(Arg) – вычисление определенного интеграла ABS(cos(x)*sin(x)) на интервале от -Arg до +Arg методом трапеций с разбиением на 100*Arg интервалов.

Программная реализация проекта должна удовлетворять следующим требованиям:

1) необходимо исключить возможность одновременного выполнения в системе более чем одной копий проекта (при повторном запуске должно выдаваться соответствующее сообщение и прекращаться выполнение второй копии программы);

2) для каждого узла обработки (независимо от разбиения проекта на потоки) необходимо выводить в LOG-файл сообщения:

‒ при входе в блок – сообщение о начале соответствующей обработки;

‒ при завершении обработки – сообщение о прекращении обработки и результат.

LOG-файл – один, общий для всего проекта (его необходимо представить в отчете).

1) в любом случае проект не должен выполняться более 20 секунд – если за это время вычисления не были закончены, то необходимо принудительно завершить все потоки и выдать соответствующее сообщение на экран и в LOG-файл;

2) для взаимодействия потоков в программе, в зависимости от варианта, необходимо использовать различные синхронизирующие объекты WIN32 API. В случае, если для каких либо целей указанный тип синхронизирующих объектов не подходит – необходимо объяснить почему они не подходят для этих целей и обосновать выбор другого типа объектов. Используются следующие типы синхронизирующих объектов из классификатора по заданным вариантам:

1. Критические секции (critical sections) и Потоки (threads) как синхронизирующие объекты;

2. Взаимоисключения (mutexes);

3. События (events);

4. Семафоры (semaphores).

Методические указания

1) Сначала необходимо ознакомиться с концепцией вытесняющей многозадачности и средствами взаимодействия потоков и процессов в среде ОС Windows.

2) Описать постановку задания для своего варианта (см. таб 4.1) с конкретизацией блоков обработок и структуры проекта.

3) Для своей конфигурации выбрать вариант разбиения проекта на потоки и механизмы синхронизации ивзаимодействия потоков. В зависимости от варианта необходимо использовать преимущественно рекомендованные средства взаимодействия ( в случае если предложенный объект синхронизации не пригоден для решения поставленной задачи, необходимо обосновать выбор другого средства взаимодействия).

4) Написать и отладить программу на языке программирования высокого уровня в среде WIN32 API (например можно использовать Microsoft Visual C++ и выше).

5) Составить отчет, при сдаче необходимо уметь проявлять свои знания вытесняющей многозадачности и средств взаимодействия потоков и процессов в среде ОС Windows.

Содержание отчета

1) Постановка задачи для своего варианта: структура проекта в виде графа (см.рис. 2.1), замечания по реализации алгоритмов, выбор средств взаимодействия потоков в проекте и обоснование этого выбора…

2) Листинги программ и спецификации основных процедур и функций. Содержание LOG-файла после выполнения программы.

Таблица 4.1 – Варианты заданий

Тип синхронизирующих объектов выбирается из классификатора.

Рисунок 4.1 – Номер конфигурации
Раздел 5