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生产者与消费者实验报告

生产者和消费者实验报告

【实验目的】

1.加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。

2.进一步认识并发执行的实质。

3.验证用信号量机制实现进程互斥的方法。

同温同压下4.验证用信号量机制实现进程同步的方法。

【实验要求】

用c语言编程搭建“生产者和消费者”经典进程通信问题的环境。要求程序运行时，按任意键停止，显示当前系统的各个参数的值。提交实验报告，以及相关程序列表。打包成附件上传。

【实验环境】

Visual C++6.0

【实验内容】

1.了解经典同步问题“生产者和消费者”

生产者与消费者可以通过一个环形缓冲池联系起来，环形缓冲池由几个大小相等的缓冲块组成，每个缓冲块容纳一个产品。每个生产者可不断地每次往缓冲池中送一个生产产品，而每个消费者则可不断地每次从缓冲池中取出一个产品。指针i和指针j分别指出当前的第一个空缓冲块和第一个满缓冲块。

2.分析和理解

（1）既存在合作同步问题，也存在临界区互斥问题

增压供水合作同步：当缓冲池全满时，表示供过于求，生产者必须等待，同时唤醒消费者；当缓冲池全空时，表示供不应求，消费者应等待，同时唤醒生产者。

互斥：缓冲池显然是临界资源，所在生产者与消费都要使用它，而且都要改变它的状态。

（2）基于环形缓冲区的生产者与消费者关系形式描述：

公用信号量mutex：初值为1，用于实现临界区互斥

生产者私用信号量empty：初值为n，指示空缓冲块数目

消费者私用信号量full：初值为0，指示满缓冲块数目

整型量i和j初值为0，i指示首空缓冲块序号，j指示首满缓冲块序号

（3）PV原语

var mutex,empty,full:semaphore;

i,j:integer;buffer:-1] of item;

i:=j:=1;

Procedure producer;

begin

while true do

begin

produce a product;

P(empty);

P(mutex);

buffer(i):=product;

i:=(i+1) mod n;

V(mutex);

V(full);

end;

Procedure consumer;

begin

P(full);

P(mutex);

goods:=buffer(j);

j:=(j+1) mod n;

V(mutex);

V(empty);

consume a product;

end;

【实验源程序代码】

#include <windows.h>

#include <iostream>

const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 10; //缓冲区长度

unsigned short ProductID = 0; //产品号

unsigned short ConsumeID = 0; //将被消耗的产品号

unsigned short in = 0; //产品进缓冲区时的缓冲区下标

unsigned short out = 0; //产品出缓冲区时的缓冲区下标

int g_buffer[SIZE_OF_BUFFER]; //缓冲区是个循环队列

bool g_continue = true; //控制程序结束

HANDLE g_hMutex; //用于线程间的互斥

HANDLE g_hFullSemaphore; //当缓冲区满时迫使生产者等待

HANDLE g_hEmptySemaphore; //当缓冲区空时迫使消费者等待

DWORD WINAPI Producer(LPVOID); //生产者线程

DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); //消费者线程

int main()

{

//创建各个互斥信号

g_hMutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);

g_hFullSemaphore = CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);

g_hEmptySemaphore = CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);

//调整下面的数值，可以发现，当生产者个数多于消费者个数时，

//生产速度快，生产者经常等待消费者；反之，消费者经常等待

const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3; //生产者的个数

const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 1; //消费者的个数

便当袋

//总的线程数

const unsigned short THREADS_COUNT = PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;

HANDLE hThreads[PRODUCERS_COUNT]; //各线程的handle

DWORD producerID[CONSUMERS_COUNT]; //生产者线程的标识符

DWORD consumerID[THREADS_COUNT]; //消费者线程的标识符

//创建生产者线程

for (int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;++i){金属检测传感器

hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);

if (hThreads[i]==NULL) return -1;

}

//创建消费者线程

for (i=0;i<CONSUMERS_COUNT;++i){

hThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[i]);

if (hThreads[i]==NULL) return -1;

}

while(g_continue){

if(getchar()){ //按回车后终止程序运行

g_continue = false;

}

return 0;

}

//生产一个产品。简单模拟了一下，仅输出新产品的ID号

void Produce()

{

std::cerr << "Producing " << ++ProductID << " ... ";

std::cerr << "Succeed" << std::endl;

}

//把新生产的产品放入缓冲区

void Append()

{

std::cerr << "Appending a product ... ";

g_buffer[in] = ProductID;

in = (in+1)%SIZE_OF_BUFFER;

std::cerr << "Succeed" << std::endl;

//输出缓冲区当前的状态

for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i){

std::cout << i <<": " << g_buffer[i];

if (i==in) std::cout << " <-- 生产";

if (i==out) std::cout << " <-- 消费";

std::cout << std::endl;

}

//从缓冲区中取出一个产品

void Take()

{

std::cerr << "Taking a product ... ";

ConsumeID = g_buffer[out];

out = (out+1)%SIZE_OF_BUFFER;

std::cerr << "Succeed" << std::endl;

//输出缓冲区当前的状态

for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i){

std::cout << i <<": " << g_buffer[i];

if (i==in) std::cout << " <-- 生产";

if (i==out) std::cout << " <-- 消费";

std::cout << std::endl;

}

//消耗一个产品

void Consume()

{

std::cerr << "Consuming " << ConsumeID << " ... ";

std::cerr << "Succeed" << std::endl;

}

//生产者

DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara)

{

while(g_continue){

WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE);

棉花糖机械

WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);

Produce();

Append();

Sleep(1500);

ReleaseMutex(g_hMutex);

ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL);

}

sync pad return 0;

}

//消费者

DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara)

{

while(g_continue){

WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE);

WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);

Take();

Consume();

Sleep(1500);

ReleaseMutex(g_hMutex);

ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL);

}

return 0;

}

【实验结果】

具体程序见附件（网络查）

【实验反思】

本次实验是关于生产者和消费者之间互斥和同步的问题。问题的实质是P,V操作，实验设一个共享缓冲区，生产者和消费者互斥的使用，当一个线程使用缓冲区的时候，另一个让其等待知道前一个线程释放缓冲区为止。

通过本次实验，我们对操作系统的P,V进一步的认识，深入的了解P,V操作的实质和其重要性。课本的理论知识进一步阐述了现实的实际问题。

【实验思考题】

1.思考在“生产者和消费者”经典同步问题中，两个P操作是否可以互换位置，以及两个V操作是否可以互换位置。

本文发布于:2024-09-23 08:17:41，感谢您对本站的认可！

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