实验二生产者和消费者

1、1.1实验目标掌握操作系统对进程管理的同步和互斥问题，以经典同步问题“生产者和消费者”为例， 运用所学C语言知识，编写该问题的模拟运行环境。1.2实验环境教学机房，C语言程序平台。1.3实验内容及步骤了解经典同步问题“生产者和消费者”生产者与消费者可以通过一个环形缓冲池联系起来，环形缓冲池由几个大小相等的缓冲 块组成，每个缓冲块容纳一个产品。每个生产者可不断地每次往缓冲池中送一个生产产品， 而每个消费者则可不断地每次从缓冲池中取出一个产品。指针i和指针j分别指出当前的第 一个空缓冲块和第一个满缓冲块。分析和理解既存在合作同步问题，也存在临界区互斥问题合作同步：当缓冲池全满时，表示供过于求，生产

2、者必须等待，同时唤醒消费者；当缓 冲池全空时，表示供不应求，消费者应等待，同时唤醒生产者。互斥：缓冲池显然是临界资源，所在生产者与消费都要使用它，而且都要改变它的状态。基于环形缓冲区的生产者与消费者关系形式描述：公用信号量mutex:初值为1，用于实现临界区互斥生产者私用信号量empty:初值为n，指示空缓冲块数目消费者私用信号量full:初值为0，指示满缓冲块数目整型量i和j初值为0，i指示首空缓冲块序号，j指示首满缓冲块序号PV原语var mutex,empty,full:semaphore;i,j:integer;buffer:array0.n-1 of item;i:=j:=1;Pro

3、cedure producer;beginwhile true dobeginproduce a product;P(empty);P(mutex);buffer(i):=product;i:=(i+1) mod n;V(mutex);V(full);end;end;Procedure consumer;beginP(full);P(mutex);goods:=buffer(j);j：=(j+1) mod n;V(mutex);V(empty);consume a product;end;end;用C语言编程搭建“生产者和消费者”经典进程通信问题的环境。要求程序运行时， 按任意键停止，显示当前

4、系统的各个参数的值。提交实验报告，以及相关程序列表。打包成 附件上传。#include #include #include #define P(S) WaitForSingleObject(S,INFINITE)/定义 Windows 下的 P 操作#define V(S) ReleaseSemaphore(S,1,NULL)/定义 Windows 下的 V 操作#define rate 1000#define CONSUMER_NUM 10/*消费者个数*/#define PRODUCER_NUM 10/*生产者个数*/#define BUFFER_NUM 4/* 缓冲区个数*/typede

5、f HANDLE Semaphore; /信号量的 Windows 原型char *thing10= 物品 1,物品 2,物品 3,物品 4,物品 5,物品6,物品7,物品8,物品9,物品10;struct Bufferint productBUFFER_NUM; /缓冲区int start,end;/两个指针g_buf; Semaphore g_semBuffer,g_semProduct,g_mutex;消费者线程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID para)int i=*(int *)para; /i表示第i个消费者int ptr,j;/彳寺消费的内容的指针Slee

6、p(100);while(1)P(g_semProduct); /有产品，先锁住缓冲区P(g_mutex);/记录消费的物品ptr=g_buf.start;/再移动缓冲区指针g_buf.start=(g_buf.start+1)%BUFFER_NUM;V(g_mutex);/让其他消费者或生产者使用g_bufprintf( 消费者 %d: 消费 了 buf%d 里的 =%sn，i,ptr,thingg_ductptr);Sleep(rate*rand()%10+110);消费完毕，并释放一个缓冲V(g_semBuffer);if(j+30)break;getchar();retu

7、rn 0;/ 生产者线程DWORD WINAPI Producer(LPVOID para)int i=*(int *)para-CONSUMER_NUM;int ptr;int data;/产品Sleep(100);while(1)Sleep(rate*rand()%10+110);data=rand()%10;/等待存放空间P(g_semBuffer); /有地方，先锁住缓冲区P(g_mutex);/ 记录消费的物品ptr=g_buf.end;/ 再移动缓冲区指针g_buf.end=(g_buf.end+1)%BUFFER_NUM;/让其他消费者或生产者使用g_bufV(g_mutex);

8、printf( 生产者 %d: 在 buf%d 里放入T%sn,i,ptr,thingdata);g_ductptr=data;Sleep(rate/2*rand()%10+110);放好了完毕，释放一个产品V(g_semProduct);return 0;int main(int argc,char *argv)线程技术，前面为消费者线程，后面为生产者线程HANDLE hThreadCONSUMER_NUM+PRODUCER_NUM; /线程计数/srand(time();DWORD tid;int i=0;/ 初始化信号量g_mutex=CreateSemaphore(NUL

9、L,BUFFER_NUM,BUFFER_NUM,mutexOfConsumerAndProducer );g_semBuffer=CreateSemaphore(NULL,BUFFER_NUM,BUFFER_NUM,BufferSemaphone)；g_semProduct=CreateSemaphore(NULL,0,BUFFER_NUM,ProductSemaphone)；if(!g_semBuffer|!g_semProduct|!g_mutex)printf(Create Semaphone Error!n)；return -1;int totalThreads=CONSUMER_NU

10、M+PRODUCER_NUM;/ 开启消费者线程for(i=0;iCONSUMER_NUM;i+)hThreadi=CreateThread(NULL,0,Consumer,&i,0,&tid);if(hThreadi)WaitForSingleObject(hThreadi,10);开启生产者线程for(;itotalThreads;i+)hThreadi=CreateThread(NULL,0,Producer,&i,0,&tid);if(hThreadi)WaitForSingleObject(hThreadi,10);生产者和消费者的执行WaitForMultipleObjects(t

11、otalThreads,hThread,TRUE,INFINITE);return 0;c： *C ： Docti*ents and SettingsStudent桌面D昂口莒，生产者和消贵者-se4 8 9 9一 4 8 9 9=1口=1口 U 口 U 口 2 5 11 品品品品循循循循品品品品 物物物卷辨物物物物00 2 5 11 7 7 7 7.品品品品却却却却品品品品物物物物婿婿婿普物物物一-哭.昊.昊.哭.-一 了了了了的的的的了了了了的的的的了了了了的的的的 m 一 -m - -m - -H二 H二5一 -m - -H二 Xm 一 -RI 一 -FH 一-m 二?.E- -E- -

12、 MT| tdT| E - -E - -S-B- 一 E - -E - - E- -E-板 1 1 1 1 争fbfbfbf .斤.斤.斤.E D 1 2 3 .斥.斤D 1 2 3 .斤.n .斤 d 1 2 3a二B-B-a二BB二B-B-B-m 二E-E-E-E- f f f f E-E-E-E- f f f f E-E-E-E- f f f fJJJJUUUUJJJJUUUUJJJJUUUU0123bbbb0123bbbb0123bbbbf了了了了ffff了了了了ffff了了了了bubububu费费费费bubububu费费费费bubububu费费费费:s倦语语 :s:s倦 语:s:s4

13、56745678901890123452345者者者者者者者者者者者者者者者者者者者者者者者者产_.u -Ti -Ti -Ti Eun.-EJI.-Eun.-Eun.Auli rr Tr, rr -ET-.-ET.=ET.,-ET.,r r -Ti rr-T- -EJ.-EJ-E.-Eun.-生生生生生生生生生生生生.产费费费费产产.费费费费产产产产费费费费1.4实验思考题思考在“生产者和消费者”经典同步问题中，两个P操作是否可以互换位置，以及两 个V操作是否可以互换位置。在生产者-消费者问题中，如果将两个P操作，即P(full)和P(mutex)互换位置，或者 P(empty)和P(mute

14、x)互换位置，都可能引起死锁。考虑系统中缓冲区全满时，若以生产者 进程先执行了 P(mutex)操作并获得成功，当再执行P(empty)操作时，他将因失败而进入阻 塞状态，它期待消费者执行V(empty)来唤醒自己。在此之前，它不可能执行V(mutex)操作， 从而使企图通过P(mutex)进入自己的临界区的其他生产者和所有消费者进程全部进入阻塞 状态，从而引起系统死锁。类似地，消费者进程若先执行P(mutex)，后执行P(full),同样 可能造成死锁。V(full)和V(mutex)互换位置，或者V(empty)和V(mutex)互换位置，则不会 引起死锁，其影响只是使临界资源的释放略微推

15、迟一些。思考在“哲学家就餐”经典同步问题中，如何修改程序，可以保证不会发生死锁现象。至多只允许有四位哲学家同时去拿左边的筷子，最终能保证至少有一位哲学家能 够进餐，并在用毕是能释放出他用过的两只筷子，从而使更多的哲学家能够进餐。仅当哲学家的左、右两只筷子均可使用时，才允许他拿起筷子进餐。规定奇数号哲学家先拿他左边的筷子，然后再去拿右边的筷子，而偶数号哲学家 则相反。按此规定，将是1、2号哲学家竞争1号筷子；3、4号哲学家竞争3号筷子。即五 位哲学家都先竞争奇数号筷子，获得后，再去竞争偶数号筷子，最后总会有一位哲学家能获 得两只筷子而进餐。思考在“读者与写者”经典同步问题中，如何修改程序，变为“

16、写者优先”的算法。(写者优先算法)Var rmutex,wmutex,mutex,s:semaphore=1,1,1,1;Writecount:integer:=0;Reader:beginRepeatWait(s);Wait(rmutex);If readcount=0 then wait(wmutex);Readcount:readcount+1;Signal(rmutex);Signal(s);Perform read operation;Wait(rmutex);Readcount:=readcount:=readcount-1;If readcount=0 then signal(wmutex);Signal(rmutex);Until false;EndWriter:beginRepeatWait(mutex);If writecount=0 then wait(s);Writecount:writecount+1;Signal(mutex);Wait(wmutex);Perform write operatin;Signal(wmutex);Wait(mutex);Writecount=0 then signal(s);Signal(mutex);Until false;end分析以下进程运行环境中出现的同步和互斥现象，列出相应的变量和参