【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 驗(yàn)（實(shí)習(xí)）報(bào)告 實(shí)驗(yàn)（實(shí)習(xí)）名稱生產(chǎn)者 消費(fèi)者問(wèn)題的模擬實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)（實(shí)習(xí)）日期 系計(jì)算機(jī) 專業(yè)計(jì)科年級(jí) 12 級(jí) 班次 2 姓名唐薇學(xué)號(hào) 20212308061 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 本實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)編寫和調(diào)試一個(gè)解決生產(chǎn)者 – 消費(fèi)者問(wèn)題的簡(jiǎn)單模擬程序，進(jìn)一步深入理解課堂教學(xué)中講授的進(jìn)程同步問(wèn)題，以及用于解決同步問(wèn)題的信號(hào)量機(jī)制的基本思想，即通過(guò)研究進(jìn)程同步和信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題的并發(fā)控制，以便階段性地鞏固學(xué)習(xí)成果。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （ 1）概述 說(shuō)明 :有界緩沖區(qū)內(nèi)設(shè)有 20 個(gè)存儲(chǔ)單元 ,放入 /取出的數(shù)據(jù)項(xiàng)設(shè)定為 120這 20 個(gè)整型數(shù)。 編制程序模擬解決生產(chǎn)者 消費(fèi)者同步問(wèn)題。具體設(shè)計(jì)要求 :(1)每個(gè)生產(chǎn)者和消費(fèi)者對(duì)有界緩沖區(qū)進(jìn)行操作后 ,即時(shí)顯示有界緩沖區(qū)的全部?jī)?nèi)容 ,當(dāng)前指針位置和生產(chǎn)者 /消費(fèi)線程的標(biāo)識(shí)符。 (2)生產(chǎn)者和消費(fèi)者各有兩個(gè)以上。 (3)多個(gè)生產(chǎn)者或多個(gè)消費(fèi)者之間須有共享對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行操作的函數(shù)代碼。（ 2）設(shè)計(jì)原理 通過(guò)一個(gè)有界緩沖區(qū)把生產(chǎn)者和消費(fèi)者聯(lián)系起來(lái)。假定生產(chǎn)者和消費(fèi)者的優(yōu)先級(jí)是相同的，只要緩沖區(qū)未滿，生產(chǎn)者就可以生 產(chǎn)產(chǎn)品并將產(chǎn)品送入緩沖區(qū)。類似地，只要緩沖區(qū)未空，消費(fèi)者就可以從緩沖區(qū)中取走產(chǎn)品。應(yīng)該禁止生產(chǎn)者向滿的緩沖區(qū)送入產(chǎn)品，同時(shí)也應(yīng)該禁止消費(fèi)者從空的緩沖區(qū)中取出產(chǎn)品，這一機(jī)制由生產(chǎn)者線程和消費(fèi)者線程之間的互斥關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)。與計(jì)算打印兩進(jìn)程同步關(guān)系相同，生產(chǎn)者和消費(fèi)者兩進(jìn)程 Producer 和 Consumer 之間應(yīng)滿足下列兩個(gè)同步條件： ?只有在緩沖池中至少有一個(gè)緩沖區(qū)已存入消息后，消費(fèi)者才能從中提取信息，否則消費(fèi)者必須等待。 ?只有緩沖池中至少有一個(gè)緩沖區(qū)是空時(shí)，生產(chǎn)者才能把消息放入緩沖區(qū)，否則生產(chǎn) 者必須等待。 為了滿足第一個(gè)同步條件，設(shè)置一個(gè)同步信號(hào)量 full，它代表的資源是緩沖區(qū)滿，它的初始值為 0，它的值為 n 時(shí)整個(gè)緩沖池滿。這個(gè)資源是消費(fèi)者進(jìn)程 Consumer 所有， Consumer進(jìn)程可以申請(qǐng)?jiān)撡Y源，對(duì)它施加 P 操作，而 Consumer 進(jìn)程的合作進(jìn)程生產(chǎn)者進(jìn)程 Producer 對(duì)它施加 V 操作。同樣為了滿足第二個(gè)同步條件，設(shè)置另一個(gè)同步信號(hào)量 empty，它代表的資源是緩沖空區(qū)，它的初始值為 n，表示緩沖池中所有緩沖區(qū)空。信號(hào)量 full表示可用緩沖區(qū)數(shù)量，信號(hào)量 empty表示緩沖區(qū)數(shù)量，設(shè)置整型變量 ：存入指針 in 和取出指針 out。 為解決生產(chǎn)者 /消費(fèi)者問(wèn)題，應(yīng)該設(shè)置兩個(gè)資源信號(hào)量，其中一個(gè)表示空緩沖區(qū)的數(shù)目，用 g_hFullSemaphore 表示，其初始值為有界緩沖區(qū)的大小 SIZE_OF_BUFFER；另一個(gè)表示緩沖區(qū)中產(chǎn)品的數(shù)目，用g_hEmptySemaphore 表示，其初始值為 0。另外，由于有界緩沖區(qū)是一個(gè)臨界資源，必須互斥使用，所以還需要在設(shè)置一個(gè)互斥信號(hào)量g_hMutex，初始值為 原語(yǔ)的主要?jiǎng)幼魇牵? ?sem（信號(hào)量）減 1； ?若 sem減一后仍大于或等于零，則進(jìn) 程繼續(xù)執(zhí)行； ?若 sem減一后小于零，則該進(jìn)程被阻塞后入與該信號(hào)相對(duì)應(yīng)的隊(duì)列中，然后轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度。 V原語(yǔ)的操作主要?jiǎng)幼魇牵? ?sem加 1； ?若相加結(jié)果大于零，進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行； ③若相加結(jié)果小于或等于零，則從該信號(hào)的等待隊(duì)列中喚醒一等待進(jìn)程然后再返回原進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行或轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度。 采用的同步方法： 1）利用函數(shù) CreateMutex(NULL,FALSE,NULL)創(chuàng)建互斥信號(hào)量g_hMutex，表示緩沖區(qū)當(dāng)前的狀態(tài)，若為 true時(shí)，則表示緩沖區(qū)正被別的進(jìn)程使用。三個(gè)參數(shù)表示的意義分別為：指向安全屬性的指針，初始化互斥對(duì)象的所有者 ,指向互斥對(duì)象名的指針。 2 ） 利 用 函 數(shù)CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER1,SIZE_OF_BUFFER1,NULL)創(chuàng)建緩沖區(qū)空的信號(hào)量 g_hFullSemaphore，值為 true 時(shí)表示緩沖區(qū)已滿。四個(gè)參數(shù)分別為：表 示是否允許繼承、設(shè)置信號(hào)機(jī)的初始計(jì)數(shù)、設(shè)置信號(hào)機(jī)的最大計(jì)數(shù)、指定信號(hào)機(jī)對(duì)象的名稱（ 1 是因?yàn)橛?jì)數(shù)從開(kāi)始）。 3）利用函數(shù) CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER1,NULL)創(chuàng)建緩沖區(qū)滿的信號(hào)量 g_hEmptySemaphore，該值為 true 時(shí)表示緩沖區(qū)為空。 程序清單 利用信號(hào)量解決生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題 constunsignedshortSIZE_OF_BUFFER=20。// 緩沖區(qū)長(zhǎng)度unsignedshortProductID=0。//產(chǎn)品號(hào) unsignedshortConsumeID=0。//將被消耗的產(chǎn)品號(hào) unsignedshortin=0。// 產(chǎn) 品 進(jìn) 緩 沖 區(qū) 時(shí) 的 緩 沖 區(qū) 下 標(biāo)unsignedshortout=0。// 產(chǎn)品出緩沖區(qū)時(shí)的緩沖區(qū)下標(biāo)intg_buffer[SIZE_OF_BUFFER]。// 緩 沖 區(qū) 是 個(gè) 循 環(huán) 隊(duì) 列boolg_continue=true。//控制程序結(jié)束 HANDLEg_hMutex。//用于線程間的互斥 HANDLEg_hFullSemaphore。//當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)迫使生產(chǎn) 者等待HANDLEg_hEmptySemaphore。// 當(dāng) 緩 沖 區(qū) 空 時(shí) 迫 使 消 費(fèi) 者 等 待DWORDWINAPIProducer(LPVOID)。// 生 產(chǎn) 者 線 程DWORDWINAPIConsumer(LPVOID)。//消費(fèi)者線程 （ 1）創(chuàng)建各個(gè)互斥信號(hào)以及生產(chǎn)者線程和消費(fèi)者線程的函數(shù)在如下主函數(shù)里面所示： intmain(){//創(chuàng)建各個(gè)互斥信號(hào) g_hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL)。g_hFullSemaphore=CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER1,SIZE_OF_BUFFER1,NULL)。g_hEmptySemaphore=CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER1,NULL)。//調(diào)整下面的數(shù)值，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)生產(chǎn)者個(gè)數(shù)多于消費(fèi)者個(gè)數(shù)時(shí)， //生產(chǎn)速度快，生產(chǎn)者經(jīng)常等待消費(fèi)者；反之，消費(fèi)者經(jīng)常等待。constunsignedshortPRODUCERS_COUNT=3。// 生 產(chǎn) 者 的 個(gè) 數(shù)constunsignedshortCONSUMERS_COUNT=1。//消費(fèi)者的個(gè)數(shù) //總的線程數(shù) constunsignedshortTHREADS_COUNT=PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT。HANDLEhThreads[THREADS_COUNT]。// 各線程的handleDWORDproducerID[PRODUCERS_COUNT]。//生產(chǎn)者線程的標(biāo)識(shí)符DWORDconsumerID[CONSUMERS_COUNT]。//消費(fèi)者線程的標(biāo)識(shí)符 //創(chuàng)建生產(chǎn)者線程 for(inti=0。i第四篇：操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)生產(chǎn) 者消費(fèi)者 湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院 11 級(jí)計(jì)算機(jī)專業(yè)操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) （操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)） 生產(chǎn)者和消費(fèi) 1湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院 11級(jí)計(jì)算機(jī)專業(yè)操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 者 學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：班級(jí)： 031140 0 0 04 班制 二〇一三年十二月 一、課程題目分析 這個(gè)題目是生產(chǎn)者向消費(fèi)者提供商品，消費(fèi)者消耗商品，并且兩組人共用同一緩沖區(qū)。生產(chǎn)者提供了商品之后消費(fèi)者才能去取商品，消費(fèi)者若不取走商 品則當(dāng)緩沖區(qū)用完之后生產(chǎn)者則不能再向緩沖區(qū)中添加新的商品。 思考問(wèn)題： （ 1）對(duì)于生產(chǎn)者進(jìn)程：每產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)，則需去訪問(wèn)共用緩沖區(qū)是否有已滿，未滿則可以將該數(shù)據(jù)存入并通知消費(fèi)者進(jìn)程，否則不能。 （ 2）對(duì)于消費(fèi)者進(jìn)程：每當(dāng)想去消費(fèi)（取出數(shù)據(jù)）時(shí)，則需訪問(wèn)緩沖區(qū)是否為空，為空則不能消費(fèi)（取出數(shù)據(jù)），否則可以取，并通知生產(chǎn)者。 （ 3）緩沖區(qū)是個(gè)臨界資源，所有的進(jìn)程對(duì)于該空間都是共享的，所以，還有互斥問(wèn)題存在。 二、課程設(shè)計(jì)目的 通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M生產(chǎn)者與消費(fèi)者之間的關(guān)系，了解并掌握他們之間的關(guān)系及原理。由此增加對(duì)進(jìn)程同步問(wèn)題的了解： （ 1）掌握基本的同步互斥算法，理解生產(chǎn)者與消費(fèi)者模型 （ 2）了解 windows 中多線程（多進(jìn)程）的并發(fā)執(zhí)行機(jī)制，線程（進(jìn)程）間的同步于互斥 （ 3）學(xué)習(xí)使用 windows中基本的同步對(duì)象，掌握相應(yīng)的 API。 三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 有 n 個(gè)生產(chǎn)者和 m 個(gè)消費(fèi)者，連接在具有 k 個(gè)單位緩沖區(qū)的有界環(huán)轉(zhuǎn)緩沖上， 2湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院 11級(jí)計(jì)算機(jī)專業(yè)操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 故又稱有界緩沖問(wèn)題。其