生產者與消費者實驗報告

1、生產者和消費者實驗報告【實驗目的】1. 加深對進程概念的理解，明確進程和程序的區(qū)別。2. 進一步認識并發(fā)執(zhí)行的實質。3. 驗證用信號量機制實現進程互斥的方法。4. 驗證用信號量機制實現進程同步的方法?！緦嶒炓蟆坑胏語言編程搭建“生產者和消費者”經典進程通信問題的環(huán)境。要求程序運行時，按任意鍵停止，顯示當前系統(tǒng)的各個參數的值。提交實驗報告，以及相關程序列表。打包成附件上傳?！緦嶒灜h(huán)境】VisualC+6.0【實驗內容】1 .了解經典同步問題“生產者和消費者”生產者與消費者可以通過一個環(huán)形緩沖池聯(lián)系起來，環(huán)形緩沖池由幾個大小相等的緩沖塊組成，每個緩沖塊容納一個產品。每個生產者可不斷地每次往緩沖池

2、中送一個生產產品，而每個消費者則可不斷地每次從緩沖池中取出一個產品。指針i和指針j分別指出當前的第一個空緩沖塊和第一個滿緩沖塊。2 .分析和理解（1）既存在合作同步問題，也存在臨界區(qū)互斥問題合作同步：當緩沖池全滿時，表示供過于求，生產者必須等待，同時喚醒消費者；當緩沖池全空時，表示供不應求，消費者應等待，同時喚醒生產者?；コ猓壕彌_池顯然是臨界資源，所在生產者與消費都要使用它，而且都要改變它的狀態(tài)。(2)基于環(huán)形緩沖區(qū)的生產者與消費者關系形式描述：公用信號量mutex：初值為1，用于實現臨界區(qū)互斥生產者私用信號量empty：初值為n，指示空緩沖塊數目消費者私用信號量full：初值為0，指示滿緩沖

3、塊數目整型量i和j初值為0，i指示首空緩沖塊序號，j指示首滿緩沖塊序號3 3)PV原語varmutex,empty,full:semaphore;i,j:integer;buffer:array0.n-1ofitem;i:=j:=1;Procedureproducer;beginwhiletruedobeginproduceaproduct;P(empty);P(mutex);buffer(i):=product;i:=(i+1)modn;V(mutex);V(full);end;end;Procedureconsumer;beginP(full);P(mutex);goods:=buffer

4、(j);j:=(j+1)modn;V(mutex);V(empty);consumeaproduct;end;end;【實驗源程序代碼】#include#includeconstunsignedshortSIZE_OF_BUFFER=10;/緩沖區(qū)長度unsignedshortProductID=0;/產品號unsignedshortConsumeID=0;/將被消耗的產品號unsignedshortin=0;/產品進緩沖區(qū)時的緩沖區(qū)下unsignedshortout=0;標intg_bufferSIZE_OF_BUFFER;boolg_continue=true;HANDLEg_hMutex

5、;HANDLEg_hFullSemaphore;HANDLEg_hEmptySemaphore;DWORDWINAPIProducer(LPVOID);DWORDWINAPIConsumer(LPVOID);/ 產品出緩沖區(qū)時的緩沖區(qū)下/ 緩沖區(qū)是個循環(huán)隊列/ 控制程序結束/ 用于線程間的互斥/ 當緩沖區(qū)滿時迫使生產者等待/ 當緩沖區(qū)空時迫使消費者等待/ 生產者線程/ 消費者線程intmain()/創(chuàng)建各個互斥信號g_hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);g_hFullSemaphore=CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-

6、1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);g_hEmptySemaphore=CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);/調整下面的數值，可以發(fā)現，當生產者個數多于消費者個數時，/生產速度快，生產者經常等待消費者；反之，消費者經常等待constunsignedshortPRODUCERS_COUNT=3;/生產者的個數constunsignedshortCONSUMERS_COUNT=1;/消費者的個數/總的線程數constunsignedshortTHREADS_COUNT=PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUN

7、T;HANDLEhThreadsPRODUCERS_COUNT;/各線程的handleDWORDproducerIDCONSUMERS_COUNT;/生產者線程的標識符DWORDconsumerIDTHREADS_COUNT;/消費者線程的標識符/創(chuàng)建生產者線程for(inti=0;iPRODUCERS_COUNT;+i)hThreadsi=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerIDi);if(hThreadsi=NULL)return-1;/創(chuàng)建消費者線程for(i=0;iCONSUMERS_COUNT;+i)hThreadsPRODUCE

8、RS_COUNT+i=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerIDi);if(hThreadsi=NULL)return-1;while(g_continue)if(getchar()/按回車后終止程序運行g_continue=false;return0;/生產一個產品。簡單模擬了一下，僅輸出新產品的ID號voidProduce()std:cerrProducing+ProductID.;std:cerrSucceedstd:endl;/把新生產的產品放入緩沖區(qū)voidAppend()-std:cerrAppendingaproduct.;g_

9、bufferin=ProductID;in=(in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std:cerrSucceedstd:endl;/輸出緩沖區(qū)當前的狀態(tài)for(inti=0;iSIZE_OF_BUFFER;+i)std:couti:g_bufferi;if(i=in)std:cout-生產;if(i=out)std:cout-消費;std:coutstd:endl;/從緩沖區(qū)中取出一個產品voidTake()std:cerrTakingaproduct.;ConsumeID=g_bufferout;out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std:cerrSucceedstd

10、:endl;/輸出緩沖區(qū)當前的狀態(tài)for(inti=0;iSIZE_OF_BUFFER;+i)std:couti:g_bufferi;if(i=in)std:cout-生產;if(i=out)std:cout-消費;std:coutstd:endl;/消耗一個產品voidConsume()std:cerrConsumingConsumeID.;std:cerrSucceedo ailc iny 1 impending a 一一通1: & 生2； Bp B4： 05： 0一.Succe&d product .產Succeed7：H2 .Su.c a product消費Succeed0 0it4

11、5Pr-a due in 3 Ippendin生產8； HUsersAdminis4ratorDesklopXDebugVK-W. eye*AU入出deMistratcrDe5ktopDebu或肖凄君exe0：11：2消費2- 3L0J生產4：05：0&：0pi8S：0?!0Cansunin1SucceedProdueingf4SucceedAppendingapadutet*.Succeed0：L1=24一消費2：344：0生產5：0Gi8P:08：09：0具體程序見附件（網絡查找）【實驗反思】本次實驗是關于生產者和消費者之間互斥和同步的問題。問題的實質是P,V操作，實驗設一個共享緩沖區(qū)，生

12、產者和消費者互斥的使用，當一個線程使用緩沖區(qū)的時候，另一個讓其等待知道前一個線程釋放緩沖區(qū)為止。通過本次實驗，我們對操作系統(tǒng)的P,V進一步的認識，深入的了解P,V操作的實質和其重要性。課本的理論知識進一步闡述了現實的實際問題?！緦嶒炈伎碱}】1 .思考在“生產者和消費者”經典同步問題中，兩個P操作是否可以互換位置,以及兩個V操作是否可以互換位置。在生產者消費者問題中，如果將兩個P操作，即P(full)和P(mutex)互換位置，或者P(empty)和P(mutex)互換位置，都可能引起死鎖。考慮系統(tǒng)中緩沖區(qū)全滿前時，若一生產者進程先執(zhí)行了P(mutex)操作并獲得成功，當再執(zhí)行P(empty)操

13、作時，它將因失敗而進入阻塞狀態(tài)，它期待消費者執(zhí)行V(empty)來喚醒自己。在此之前，它不可能執(zhí)行V(mutex)操作，從而使企圖通過P(mutex)進入自己的臨界區(qū)的其他生產者和所有的消費者進程全部進入阻塞狀態(tài)，從而引起系統(tǒng)死鎖。類似地，消費者進程若先執(zhí)行P(mutex)，后執(zhí)行P(full)，同樣可能造成死鎖。V(full)和V(mutex)互換位置，或者V(empty)和V(mutcx)互換位置，則不會引起死鎖，其影響只是使臨界資源的釋放略為推遲一些。2 .思考在“哲學家就餐”經典同步問題中，如何修改程序，可以保證不會發(fā)生死鎖現象。(1)至多只允許有四位哲學家同時去拿左邊的筷子，最終能保

14、證至少有一位哲學家能夠進餐，并在用畢時能釋放出他用過的兩只筷子，從而使更多的哲學家能夠進餐。(2)僅當哲學家的左、右兩只筷子均可用時，才允許他拿起筷子進餐。(3)規(guī)定奇數號哲學家先拿他左邊的筷子，然后再去拿右邊的筷子，而偶數號哲學家則相反。按此規(guī)定，將是1、2號哲學家競爭1號筷子；3、4號哲學家競爭3號筷子。即五位哲學家都先競爭奇數號筷子，獲得后，再去競爭偶數號筷子，最后總會有一位哲學家能獲得兩只筷子而進餐。5.思考在“讀者與寫者”經典同步問題中，如何修改程序，變?yōu)椤皩懻邇?yōu)先”的算法。(寫者優(yōu)先的算法)varrmutex,wmutex,mutex,s:semaphore=1,1,1,1;wri

15、tecount:integer:=0;reader:beginrepeatwait(s);wait(rmutex);ifreadcount=0thenwait(wmutex);readcount:readcount+1;signal(rmutex);signal(s);performreadoperation;wait(rmutex);readcount:=readcount-1;ifreadcount=0thensignal(wmutex);signal(rmutex);untilfalse;endwriter:beginrepeatwait(mutex);ifwritecount=0thenwait(s);writecount:writecount+1;signal(mutex);wait(wmutex);performwriteoperation;signal(wmutex);wait(mutex);writecount:=writecount-1;ifwritecount=0thensignal(s);signal(mutex);untilfalse;end4.分析以下進程運行環(huán)境中出現的同步和互斥現象，列出相應的變量和參數。理發(fā)店理有一位理發(fā)師、一把