生产者与消费者算法的实现

1、实验六 信号量厦门大学软件学院吴清强一 实验目的n 加强对进程概念的理解。n 进一步了解并发执行的实质。n 分析进程争用资源的现象，学习解决进程互斥的方法n 了解Linux系统中进程通信的基本原理二相关知识n 进程的概念。n 进程与程序的区别。n 进程并发执行的概念。n 进程互斥的概念n 进程通信的基本原理三实验内容n 使用信号量实现有限缓冲区的生产者和消费者问题n 使用信号量实现读进程具有优先权的读者和写者问题四实验环境n PC + Linux Red Hat操作系统n GCC1. 使用信号量实现有限缓冲区的生产者和消费者问题一 程序流程图开 始是该缓冲区是否已上锁？是否有空缓冲区？否是对该

2、缓冲区上锁模拟生产解 锁结 束阻 塞否 生产者进程生产流程图开 始是该缓冲区是否已上锁？是否有满缓冲区？否是对该缓冲区上锁模拟消费解 锁结 束阻 塞否 消费者进程消费流程图 二 源代码1、生产者生产进程函数DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpParameter)while(true)for(int j=0;j4;j+)if(bufferj=0)/找到空缓冲区if(lockj=false)/同步锁为false，可以进行操作lockj=true;/加锁，防止其他线程操作此缓冲区if(bufferj1)/限定一个缓冲区只能存放一个资源+bufferj;/模拟生产资源cout

3、生产一个资源，放入缓冲区j中endl;lockj=false;/解锁break;/一次生产一个if(j=3)cout找不到空缓冲区，等待中。endl;Sleep(2000);return 0;2、消费者消费进程函数DWORD WINAPI Customer(LPVOID lpParameter)while(true)for(int n=0;n=1)-buffern;/模拟消费资源cout消费一个资源，从缓冲区n中取出endl;lockn=false;/解锁break;/一次生产一个if(n=3) cout找不到满缓冲区，等待中。endl; Sleep(2000);3、主函数，创建5个进程，其中

4、3个生产者进程，2个消费者进程int main(int argc,char* argv) HANDLE handle3;DWORD dw1,dw2,dw3,dw4,dw5;/创建5个进程 handle0=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&dw1); handle1=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&dw2); handle2=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&dw3); handle3=CreateThread(NULL,0,Customer,NULL,0,&dw4); ha

5、ndle4=CreateThread(NULL,0,Customer,NULL,0,&dw5);三、 试验结果3个生产者2个消费者，共享4个缓冲区，运行结果如下：1、一个生产者生产，一个消费者消费：1、 两个生产者连续生产，两个消费者连续消费：2、 多个生产者于多个消费者进行生产消费操作： 2. 使用信号量实现读进程具有优先权的读者和写者问题. 一、 程序流程图 二、 源代码#include#include#include#include#include#includeint *critical;int createSem()/创建信号量 return semget(key_t)1000,2,

6、IPC_CREAT|0600);/the second parameter in semget is the number of signal we will createvoid initSignal(int semid,int index,int value)/初始化信号量 semctl(semid,index,SETVAL,value);void make_critical () /创建缓冲区 critical=mmap(NULL,10*sizeof(int),PROT_READ| PROT_WRITE,MAP_SHARED| MAP_ANONYMOUS,-1,0); critical0

7、=-1;/the value of the critical file is init as -1 critical1=0;/the reader count is 0;void semWait(int semid,int index)/判断当前进程是否进入缓冲区，被占用就挂起 struct sembuf sem_buf; sem_buf.sem_num=index; sem_buf.sem_op=-1; sem_buf.sem_flg=SEM_UNDO; semop(semid,&sem_buf,1);void semSignal(int semid,int index)/唤醒一个在阻塞队列

8、中等待的进程 struct sembuf sem_buf; sem_buf.sem_num=index; sem_buf.sem_op=1; sem_buf.sem_flg=SEM_UNDO; semop(semid,&sem_buf,1);/为了让读者优先，当读者获得控制权时，写者进程必须挂起；当第一个读者进程到来（等到写者进程释放控制权）时，第一个读者进程获得优先权，接着其他读者进程不再等待，同时执行。/故而用critical1记录读者进程读到的内容， 用semid0控制读者或写者进程， 用semid1更新critical1的值void reader(int semid) while(1)

9、 semWait(semid,1); critical1+; if(critical1=1) semWait(semid,0); semSignal(semid,1);/correctly update the reader count printf(reader: read value %dn,critical0); semWait(semid,1); critical1-;/have read it readers have decreased update it correctly if(critical1=0)/no readers semSignal(semid,0);/free t

10、he ownership of readers semSignal(semid,1); void writer(int semid) while(1) semWait(semid,0); printf(input:); scanf(%d,&critical0); printf(writer: write after update value is %dn,critical0); semSignal(semid,0); int main() int semid=createSem(); initSignal(semid,0,1);/初始化控制写者信号量W initSignal(semid,1,1

11、);/初始化控制读者信号量R /the critical number is init as -1 the writer will update it make_critical();/create critical region pid_t child=fork(); if(child=0) reader(semid); else writer(semid); return 0;三、 实验结果：五、 实验总结这次多线程的操作系统实验，使我对线程的概念以及多线程程序中线程间的运行有了更深的认识，同时也让我的编程能力得到了一定的提高。这次做的用多线程实现生产者与消费者模型的实验，由于我的编程能力

12、基础比较差，对线程也是一无所知，所以一开始觉得无从下手，但幸好老师给了充足的时间，我通过看网上找的视频资料以及请教同学才渐渐地有了一点概念，然后我试着从网上下了一些多线程的程序分析里面的语句，基本弄懂了多线程的原理附：#include iostream.h#include windows.h#include stdio.hbool lock4=false,false,false,false;/四把锁，分别对四个缓冲区进行同步int buffer4=0,0,0,0;/缓冲区，表示资源的个数void display() cout-endl; cout缓冲区 0 1 2 3endl; for(int

13、 i=0;i4;i+)cout bufferi ; coutendl;DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpParameter)while(true)for(int j=0;j4;j+)if(bufferj=0)/找到空缓冲区if(lockj=false)/同步锁为false，可以进行操作lockj=true;/加锁，防止其他线程操作此缓冲区if(bufferj1)/限定一个缓冲区只能存放一个资源+bufferj;/模拟生产资源cout生产一个资源，放入缓冲区j中endl;lockj=false;/解锁break;/一次生产一个if(j=3)cout找不到空缓冲区，等待

14、中。endl;Sleep(2000);return 0;DWORD WINAPI Customer(LPVOID lpParameter)while(true)for(int n=0;n=1)-buffern;/模拟消费资源cout消费一个资源，从缓冲区n中取出endl;lockn=false;/解锁break;/一次生产一个if(n=3) cout找不到满缓冲区，等待中。endl; Sleep(2000);return 0;int main(int argc,char* argv) display();HANDLE handle3;DWORD dw1,dw2,dw3,dw4,dw0; handle0=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&dw1); handle1=CreateThread(NUL