操作系统生产者与消费者问题实验报告

1、操作系统实验报告生产者和消费者的问题一、实验目的1. 掌握基本的同步与互斥的算法，理解基本的生产者与消费者的模型。2. 学习使用 Windows 2000/XP 中基本的同步对象，掌握相关的 API 的使用方法。3. 了解 Windows 2000/XP 中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。二、实验的内容及其要求1. 实验内容以生产者 /消费者模型为根据，在 Windows 2000 环境下创建一个控制台进程，在改进程中创建 n 个线程模 拟生产者和消费者，实现进程（线程）的同步与互斥。2实验要求 学习并理解生产者 /消费者模型及其同步 / 互斥规则 学习了解 Windows 同步对象

2、及其特性 熟悉实验环境，掌握相关 API的使用方法 设计程序，实现生产者/消费者进程（线程）的同步与互斥 提交实验报告三、实验的时间安排1 实验前， 先到图书馆或上网百度了解有关生产者 /消费者模型的相关知识， 建立生产者 /消费者模型的基 本概念。2 利用 13 周、15 周、17 周的上机时间编写和调试程序代码。3 利用其他课余时间来分析实验的最终结果并完成相关的实验报告。四、实验的环境1. 硬件条件：普通计算机一台2. 软件条件：操作系统： Windows 2000/XP开发语言： VC+本实验是在 Windows 2000+VC6.0环境下实现的，利用 Windows SDK提供的系统

3、接口（ API）完成程序的 功能。 实验在 Windows 下安装 VC 后进行， 因为 VC 是一个集成开发环境， 其中包含了 Windows SDK 所有 工具和定义，所以安装了 VC后就不用特意安装 SDK 了。实验中所用的 API （应用程序接口），是操作系 统提供的用来进行应用程序设计的系统功能接口。要使用这些API，需要包含对这些函数进行说明的SDK头文件，最常见的就是 windows.h 。一些特殊的 API 调用还需要包含其他的头文件。五、正文1 程序结构图：求臥歹I决却幻冋步刖杲日勺初祐化甸雀锚祥植W（生R和泸xlx尊怙丽有绒桎竿輩2数据结构：（1 ）用一个整型数组 Buff

4、er_Critical来代表缓冲区。不管是生产产品还是对已有产品的消费都需要访问改 组缓冲区。（2）在程序中用一个自定义结构Threadinfo记录一条线程的信息，即将测试用例文件中的一行信息记录下来，用于程序创建相应的生产者或者消费者。由于要创建多个线程，所以程序中使用了一个Threadinfo结构的数组Threadnfo。（3）在实现本程序的消费生产模型时，具体地通过如下同步对象实现互斥：设一个互斥量 h_mutex，以实现生产者在查询和保留缓冲区内的下一个空位置时进行互斥。每一个生产者用一个信号量与其消费者同步，通过设置h_SemaphoreMAX_THREAD_NUM信号量数组实现，该

5、组信号量用于表示相应产品已生产。 同时用一个表示空缓冲区数目的信号量 empty_semaphore进行类似的同步， 指示缓冲区中是否存在空位置，以便开始生产下一个产品。每一个缓冲区用一个同步对象实现该缓冲区上消费者之间的互斥，这通过设置临界区对象数组 PC_CriticalMAX_BUFFER_NUM实现。3实验步骤：（1） 打开 VC，选择菜单项 File-New，选择 Projects选项卡并建立一个名为R_WP1的 Win32 console application工程，创建时注意指定创建该工程的目录。（2） 在工程中创建源文件 R_WP1.cpp :选择菜单项 Project-Add

6、 to project-Files,此时将打开一个新窗口， 在其中的“文件名”输入栏中输入自己想要创建的文件名，这里是R_WP1.cpp ;接着询问是否创建新文件 时回答“ yes。通过 Workspace-Source Files打开该文件，在其中编辑源文件并保存。（3） 通过调用菜单项 Build-Rebuild all进行编译连接，可以在指定的工程目录下得到debug-R_WP1.exe程序，然后把给定的test.txt文件存入该debug目录下，就可以在控制台进入该debug目录运行程序了。需 要强调的是：在创建数据文件时，由于涉及文件的格式问题，最好在记事本中手工逐个输入数据，而不要

7、 用复制和粘贴数据。4.实验源代码：/*R_WP1.cpp*#include#include#include#include#include /定义一些常量/本程序允许的最大临界区数#define MAX_BUFFER_NUM 10/秒到微秒的乘法因子#define INTE_PER_SEC 1000 /本程序允许的生产和消费线程的总数#define MAX_THREAD_NUM 64/定义一个结构，记录在测试文件中指定的每一个线程的参数struct ThreadInfoint serial;char entity;double delay;int thread_requestMAX_THRE

8、AD_NUM;int n_request;CRITICAL_SECTION PC_CriticalMAX_BUFFER_NUM; int Buffer_CriticalMAX_BUFFER_NUM;HANDLE h_ThreadMAX_BUFFER_NUM;ThreadInfo Thread_InfoMAX_THREAD_NUM;HANDLE empty_semaphore;HANDLE h_mutex;DWORD n_Thread=0;DWORD n_Buffer_or_Critical;HANDLE h_SemaphoreMAX_THREAD_NUM;void Produce(void *

9、p); void Consume(void *p); bool IfInOtherRequest(int); int FindProducePosition();二二 _eoolod03)uoc5es_eooez=ewu- (+l/lnNIM 山LLLLn8lxl/lv 一O上). -OMlsen ballusOJU-peal i|j_-T刍 sCDnbarpealll 二=OJU_lpe(DllH (+KI/lnNICImQrHJ.IXl/lvoy 1UDOJ (+l/l n NIQ山or工 J.IXl/lvoluDOJT=_eoolEn8(+l/l n NIQ山or工 J.IX)uroLU

10、 isUDUOsodekn8pu 匚匸(DssOJU-lpeallLLlle 匸(DsldLU(DJ_(+rpeallLLIUauDvoMDo+pe(DLIJ_lu宀否)0)6心_匚u一J+ls(Dnb(Dlu.-pe(DllJ_luaJU-lpe(DllJ_=s(Dnb(Dlpe(Dll*-!-pe(DllJ_luaJU-lpe(DllJ_AA0-EC-()O(D(D一 匚 U=O3O3-U一llo)(D_zM否)06心_匚u一oelpMe-(Dp.-pe(DlLLIU 一 ou-lpe(DllHAA(D=u_u一Msu(D.-pe(DlLLIU 一 OJU-lpe(DllHAA(D-匚 u

11、-匸(Dspe(DlLLIU 一 ou-lpe(DllHAA(D=u_u一a?=LLu_zMx_eoololEn8luauD-=LAP%=)ku_d厂三啾仪93詹=)ku匸d o1(d6(d一 匚 u一$0|0|芍8|1|八八-匚char Temp_entity=Thread_Infoj.entity;double Temp_delay=Thread_Infoj.delay;printf(n thread%2d %c %f,Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay);int Temp_request=Thread_Infoj.n_request;for(int k=

12、0;kTemp_request;k+) printf(%d,Thread_Infoj.thread_requestk); coutendl;printf(nn);empty_semaphore=CreateSemaphore (NULL,n_Buffer_or_Critical,n_Buffer_or_Critical, semaphore_for_empty);h_mutex=CreateMutex(NULL,FALSE,mutex_for_update);for(j=0;j(int)n_Thread;j+) std:string lp=semaphore_for_produce_; int

13、 temp=j; while(temp) char c=(char)(temp%10); lp+=c; temp/=10; h_Semaphorej+1=CreateSemaphore(NULL,0,n_Thread,lp.c_str(); for(i=0;i(int)n_Thread;i+)if(Thread_Infoi.entity=P)h_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Produce), &(Thread_Infoi),0,NULL);else h_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPT

14、HREAD_START_ROUTINE)(Consume),&(Thread_Infoi),0,NULL);wait_for_all=WaitForMultipleObjects(n_Thread,h_Thread,TRUE,-1); printf(Press any key to quit!n);_getch();return 0;bool IfInOtherRequest(int req)for(int i=0;in_Thread;i+)for(int j=0;jThread_Infoi.n_request;j+) if(Thread_Infoi.thread_requestj=req)

15、return TRUE;return FALSE;int FindProducePosition()int EmptyPosition;for(int i=0;in_Buffer_or_Critical;i+) if(Buffer_Criticali=-1) EmptyPosition=i;Buffer_Criticali=-2; break;return EmptyPosition;int FindBufferPosition(int ProPos)int TempPos;for(int i=0;iserial;m_delay=( DWORD)(ThreadInfo*)(p)-delay*I

16、NTE_PER_SEC);Sleep(m_delay);printf(Producer %2d sends the produce require.n,m_serial);wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(h_mutex,-1);int ProducePos=FindProducePosition();ReleaseMutex(h_mutex);printf(Producer %2d begin to produce at position %2d.n,m_serial, ProducePos);Buffer_CriticalProducePos=m

17、_serial;printf(Producer %2d finish producing :n,m_serial); printf(position%2d:%3dn,ProducePos,Buffer_CriticalProducePos); ReleaseSemaphore(h_Semaphorem_serial,n_Thread,NULL);void Consume(void *p)DWORD wait_for_semaphore,m_delay;int m_serial,m_requestNum;int m_thread_requestMAX_THREAD_NUM;m_serial=(T

18、hreadInfo*)(p)-serial;m_delay=(DWORD)(ThreadInfo*)(p)-delay *INTE_PER_SEC); m_requestNum=(ThreadInfo*)(p)-n_request;for(int i=0;ithread_requesti;Sleep(m_delay);for(i=0;ithread_requesti=-1;if(!IfInOtherRequest(m_thread_requesti)Buffer_CriticalBufferPos=-1;printf(position %2d:%3dn,BufferPos,Buffer_Cri

19、ticalBufferPos);ReleaseSemaphore(empty_semaphore,1,NULL);elsechreadlE hire lift006003jrvduM； tthn efiuc严ir* _cn |ir*| Lil 4；UII VHHV Z Jrvilw fr4 f in ixh Genuniriy 2 *it inn t 1 1 - 一LIIIX i 11i*n;I1. Lii r;ibiiKi4nH 1 umiltir: Ztrodluc? equity 玄 he吕int a vro(liJiD& st p c i.tin2 Iirnduc inj :itin1 1:21 sends th: yitduuuli*r -1 lw9 In co nrli*住亡 亠ttt1 n1 f in is:h irntlm: inyIU i I- iuti f J J -14 Iwgin to cun1 f inh ci ii k nr m