生產(chǎn)者與消費(fèi)者實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、生產(chǎn)者和消費(fèi)者實(shí)驗(yàn)報(bào)告【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 加深對(duì)進(jìn)程概念的理解，明確進(jìn)程和程序的區(qū)別。2. 進(jìn)一步認(rèn)識(shí)并發(fā)執(zhí)行的實(shí)質(zhì)。3. 驗(yàn)證用信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥的方法。4. 驗(yàn)證用信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步的方法。【實(shí)驗(yàn)要求】用c語(yǔ)言編程搭建“生產(chǎn)者和消費(fèi)者”經(jīng)典進(jìn)程通信問題的環(huán)境。要求程序運(yùn)行時(shí)，按任意鍵停止，顯示當(dāng)前系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)的值。提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以及相關(guān)程序列表。打包成附件上傳?！緦?shí)驗(yàn)環(huán)境】VisualC+6.0【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1 .了解經(jīng)典同步問題“生產(chǎn)者和消費(fèi)者”生產(chǎn)者與消費(fèi)者可以通過一個(gè)環(huán)形緩沖池聯(lián)系起來，環(huán)形緩沖池由幾個(gè)大小相等的緩沖塊組成，每個(gè)緩沖塊容納一個(gè)產(chǎn)品。每個(gè)生產(chǎn)者可不斷地每次往緩沖池

2、中送一個(gè)生產(chǎn)產(chǎn)品，而每個(gè)消費(fèi)者則可不斷地每次從緩沖池中取出一個(gè)產(chǎn)品。指針i和指針j分別指出當(dāng)前的第一個(gè)空緩沖塊和第一個(gè)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(dāng)緩沖池全滿時(shí)，表示供過于求，生產(chǎn)者必須等待，同時(shí)喚醒消費(fèi)者；當(dāng)緩沖池全空時(shí)，表示供不應(yīng)求，消費(fèi)者應(yīng)等待，同時(shí)喚醒生產(chǎn)者。互斥：緩沖池顯然是臨界資源，所在生產(chǎn)者與消費(fèi)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(chǎn)者與消費(fèi)者關(guān)系形式描述：公用信號(hào)量mutex：初值為1，用于實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)互斥生產(chǎn)者私用信號(hào)量empty：初值為n，指示空緩沖塊數(shù)目消費(fèi)者私用信號(hào)量full：初值為0，指示滿緩沖

3、塊數(shù)目整型量i和j初值為0，i指示首空緩沖塊序號(hào)，j指示首滿緩沖塊序號(hào)3 3)PV原語(yǔ)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(shí)驗(yàn)源程序代碼】#include#includeconstunsignedshortSIZE_OF_BUFFER=10;/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unsignedshortout=0;標(biāo)intg_bufferSIZE_OF_BUFFER;boolg_continue=true;HANDLEg_hMutex

5、;HANDLEg_hFullSemaphore;HANDLEg_hEmptySemaphore;DWORDWINAPIProducer(LPVOID);DWORDWINAPIConsumer(LPVOID);/ 產(chǎn)品出緩沖區(qū)時(shí)的緩沖區(qū)下/ 緩沖區(qū)是個(gè)循環(huán)隊(duì)列/ 控制程序結(jié)束/ 用于線程間的互斥/ 當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)迫使生產(chǎn)者等待/ 當(dāng)緩沖區(qū)空時(shí)迫使消費(fèi)者等待/ 生產(chǎn)者線程/ 消費(fèi)者線程intmain()/創(chuàng)建各個(gè)互斥信號(hào)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(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_COUN

7、T;HANDLEhThreadsPRODUCERS_COUNT;/各線程的handleDWORDproducerIDCONSUMERS_COUNT;/生產(chǎn)者線程的標(biāo)識(shí)符DWORDconsumerIDTHREADS_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;iPRODUCERS_COUNT;+i)hThreadsi=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerIDi);if(hThreadsi=NULL)return-1;/創(chuàng)建消費(fèi)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(yùn)行g(shù)_continue=false;return0;/生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品。簡(jiǎn)單模擬了一下，僅輸出新產(chǎn)品的ID號(hào)voidProduce()std:cerrProducing+ProductID.;std:cerrSucceedstd:endl;/把新生產(chǎn)的產(chǎn)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(dāng)前的狀態(tài)for(inti=0;iSIZE_OF_BUFFER;+i)std:couti:g_bufferi;if(i=in)std:cout-生產(chǎn);if(i=out)std:cout-消費(fèi);std:coutstd:endl;/從緩沖區(qū)中取出一個(gè)產(chǎn)品voidTake()std:cerrTakingaproduct.;ConsumeID=g_bufferout;out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std:cerrSucceedstd

10、:endl;/輸出緩沖區(qū)當(dāng)前的狀態(tài)for(inti=0;iSIZE_OF_BUFFER;+i)std:couti:g_bufferi;if(i=in)std:cout-生產(chǎn);if(i=out)std:cout-消費(fèi);std:coutstd:endl;/消耗一個(gè)產(chǎn)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(chǎn)Succeed7：H2 .Su.c a product消費(fèi)Succeed0 0it4

11、5Pr-a due in 3 Ippendin生產(chǎn)8； HUsersAdminis4ratorDesklopXDebugVK-W. eye*AU入出deMistratcrDe5ktopDebu或肖凄君exe0：11：2消費(fèi)2- 3L0J生產(chǎn)4：05：0&：0pi8S：0?!0Cansunin1SucceedProdueingf4SucceedAppendingapadutet*.Succeed0：L1=24一消費(fèi)2：344：0生產(chǎn)5：0Gi8P:08：09：0具體程序見附件（網(wǎng)絡(luò)查找）【實(shí)驗(yàn)反思】本次實(shí)驗(yàn)是關(guān)于生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間互斥和同步的問題。問題的實(shí)質(zhì)是P,V操作，實(shí)驗(yàn)設(shè)一個(gè)共享緩沖區(qū)，生

12、產(chǎn)者和消費(fèi)者互斥的使用，當(dāng)一個(gè)線程使用緩沖區(qū)的時(shí)候，另一個(gè)讓其等待知道前一個(gè)線程釋放緩沖區(qū)為止。通過本次實(shí)驗(yàn)，我們對(duì)操作系統(tǒng)的P,V進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，深入的了解P,V操作的實(shí)質(zhì)和其重要性。課本的理論知識(shí)進(jìn)一步闡述了現(xiàn)實(shí)的實(shí)際問題。【實(shí)驗(yàn)思考題】1 .思考在“生產(chǎn)者和消費(fèi)者”經(jīng)典同步問題中，兩個(gè)P操作是否可以互換位置,以及兩個(gè)V操作是否可以互換位置。在生產(chǎn)者消費(fèi)者問題中，如果將兩個(gè)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?？紤]系統(tǒng)中緩沖區(qū)全滿前時(shí)，若一生產(chǎn)者進(jìn)程先執(zhí)行了P(mutex)操作并獲得成功，當(dāng)再執(zhí)行P(empty)操

13、作時(shí)，它將因失敗而進(jìn)入阻塞狀態(tài)，它期待消費(fèi)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(jìn)入自己的臨界區(qū)的其他生產(chǎn)者和所有的消費(fèi)者進(jìn)程全部進(jìn)入阻塞狀態(tài)，從而引起系統(tǒng)死鎖。類似地，消費(fèi)者進(jìn)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(huì)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(xué)家就餐”經(jīng)典同步問題中，如何修改程序，可以保證不會(huì)發(fā)生死鎖現(xiàn)象。(1)至多只允許有四位哲學(xué)家同時(shí)去拿左邊的筷子，最終能保

14、證至少有一位哲學(xué)家能夠進(jìn)餐，并在用畢時(shí)能釋放出他用過的兩只筷子，從而使更多的哲學(xué)家能夠進(jìn)餐。(2)僅當(dāng)哲學(xué)家的左、右兩只筷子均可用時(shí)，才允許他拿起筷子進(jìn)餐。(3)規(guī)定奇數(shù)號(hào)哲學(xué)家先拿他左邊的筷子，然后再去拿右邊的筷子，而偶數(shù)號(hào)哲學(xué)家則相反。按此規(guī)定，將是1、2號(hào)哲學(xué)家競(jìng)爭(zhēng)1號(hào)筷子；3、4號(hào)哲學(xué)家競(jìng)爭(zhēng)3號(hào)筷子。即五位哲學(xué)家都先競(jìng)爭(zhēng)奇數(shù)號(hào)筷子，獲得后，再去競(jìng)爭(zhēng)偶數(shù)號(hào)筷子，最后總會(huì)有一位哲學(xué)家能獲得兩只筷子而進(jìn)餐。5.思考在“讀者與寫者”經(jīng)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(jìn)程運(yùn)行環(huán)境中出現(xiàn)的同步和互斥現(xiàn)象，列出相應(yīng)的變量和參數(shù)。理發(fā)店理有一位理發(fā)師、一把