进程同步：试验报告

1、.实验内容(进程的同步)(1)阅读理解示例程序。(2)说明示例程序是否能适合解决N个生产者和1个消费者问题，并设计实验验证(3)参照教材修改为N个生产者和1个消费者问题(4)思考N个生产者和M个消费者问题的解决方案(不要求)(5)利用信号量解决同步问题。.实验目的通过程序模拟及验证生产者消费者问题等经典问题，深入理解并发中的同步和互斥的概念.实验原理(1)进程概念：(1.定义：程序的一次执行过程(2.三种基本状态：就绪状态，执行状态，阻塞状态(2)进程同步：(1.定义：并发进程在执行次序上的协调，以达到有效的资源共享和相互合作，使程序 执行有可再现性。(2.两种形式的制约关系：(一：资源共享关

2、系：进程间接制约，需互斥地访问临界资 源。)、(二：相互合作关系：进程直接制约)(3.临界资源：一次仅允许一个进程访问的资源，引起不可再现性是因为临界资源没有 互斥访问。(3)信号量：定义一个用于表示资源数目的整型量S,它与一般的整型量不同，除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作wal(S)和signal(S)来访问，俗称P,V操作。通俗来讲就是用P来访问资源后减去一个单位资源，用 V操作来释放一个单位资源就是现有资源上加一 个单位资源。.实验内容一：说明示例程序是否能适合解决N个生产者和1个消费者问题，并设计实验验证答：示例程序不能解决多个生产者和消费者的问题，它是解决单个消费者和生产者的。

3、如果可以就要修改代码，如“二”所说。二：多个消费者和生产者的问题生产者1生产者6生产者2生产者3生产者4生产者5消费者如上图所示：如果要解决多个生产者和消费者的问题：第一步：分析上图得出了两种关系，分别是异步和同步的关系第二步：异步关系的是生产者和生产者之间的， 因为同一时刻只能有一个生产者 访问缓冲区，所以我们就可以设置临界资源.获得临界资源的生产者才能把产品 放到缓冲区里第三步：同步关系有两个，首先是生产者和缓冲区之间，再是缓冲区和消费者之 问。他们都满足一前一后的关系，即当缓冲区空间未满时，生产者才可以放产品； 缓冲区不为空的时候才可以让消费者取出产品消费。第四步：设计变量，用C语言编程

4、，在linux上运行，观察结果。代码如下：#include #include * /小 z4相关头文件#include #include #include #include int n=10;int buffer10;/缓冲区空间大小int in=0,out=0;sem_t mutex,empty,full;/设置临界资源，定义两个同步关系的信号量void* producer(void *arg) /生产者sem_wait(&mutex);访问临界资源int tag= pthread_self()%100;int nextPro;srand(time(NULL)+tag);while(1)ne

5、xtPro = rand()%97;sem_wait(&empty);/生产一个产品，并放入缓冲区，缓冲区空间大小-1bufferin = nextPro;in = (in+1)%n;sem_post(&full);生产一个产品，并放入缓冲区，产品数量 +1 printf(production:%dn,nextPro);sem_post(&mutex);/释放临界资源，给其它线程用 usleep(1000*1000/2);void* consumer(void *arg)/消费者int item;while(1)sem_wait(&full);/消费一个产品，缓冲区产品数量-1item = b

6、ufferout;sem_post(&empty);/消费一个产品，缓冲区大小 +1 printf(consume:%dn,item);out = (out+1)%n;usleep(1000*1000/2);int main(int argc, char const *argv口)/定义7个线程/对临界资源和信号量赋初值/pthread_t tid6;sem_init( &mutex, 0,1);sem_init( &empty, 0,10);sem_init( &full, 0,0);for(int i=0;i6;i+)pthread_create(&tidi, NULL, producer

7、, NULL); 执行生产者线程pthread_create(&tid6, NULL, consumer, NULL);执行消费者线程for(int i = 0; i 6 ; i+)pthread_join(tidi, NULL);return 0;三：开启3个线程，这3个线程分别输出 A、B、C各10遍，要求输出Z果必须按 ABC的 顺序显示；如：ABCAB第一步：分析源程序输出结果依次是十个 A,十个B,十个C,而我们要求的是输出 A、B、C, A按顺 序输出，因此可以看出有同步关系，即一前一后的行为， 存在多种同步机制，就可以引入前趋图的原理来解决，使源程序输出变成要求所示前驱的概念：1

8、.要为每一对前驱关系各设置一个同步变量；2.在“前操作”之后对相应第三步：根据上图以及分析，写出修改代码，使代码输出如要求所示的同步变量执行 V操作；3在“后操作”之前对应的同步变量执行P操作#include #include #include #include #include #include sem_t a,b,c; /股置整型信号量void* p1(void *arg)/ 线程输出 Afor(int i=0;i10;i+) sem_wait(&c);/p - printf(An);sem_post(&a);/v+ /usleep(1);void* p2(void *arg)/ 线程输出

9、 B for(int i=0;i10;i+)sem_wait(&a);printf(Bn);sem_post(&b);/usleep(1);void* p3(void *arg)/ 线程输出 C for(int i=0;i10;i+)sem_wait(&b);/pprintf(Cn);sem_post(&c);/v/usleep(1);int main()sem_init( &a, 0,0);/设置信号量初值sem_init( &b, 0,0);sem_init( &c, 0,1);/ 对信号量 a赋初值pthread_t tid3;pthread_create(&tid0, NULL, p1

10、, NULL);pthread_create(&tid1, NULL, p2, NULL);pthread_create(&tid2, NULL, p3, NULL);for(int i = 0; i 3; i+)pthread_join(tidi, NULL);printf(main is overn);.调试分析.生产者和消费者：最开始没理解到什么是同步， 和互斥关系，用信号量怎么表示， 当把这些概念依次搞懂，然后在看代码就豁然开朗了。.依次军出A、B、C:在做这道题的时候，没理解到前驱关系，以至程序输出结果 不对，或者就是没有输出。最后仔细思考，发现输出A、B、C是一个循环，因该给信号量

11、a赋初值1,才可以解决。为了使输出程序的结果更稳定，可以在三个线程中加入 睡眠sleep();增加响应时间。.测试测试数据预期结果实际结果pthread_t tid6; /依次创建 7个线程，其中tid05为 生产者吗，tid6为消费者， 缓冲区一共有11个单位大 小当生产者获得临界资源时， 就放入缓冲区，消费者随机 取出一个产品消费，当缓冲 区满了就只有等消费者消 费，或者缓冲区空了就生产 者生产3-r-t -i 卜Mr Latei 11 卜修如 卜 卜*U.金 LlfWH-： uidd 1 VW卜9 pndfc 卜* 匕1i14IjridH. |k|I IwH g,iwJ3, :H II Ik4 屏 y fi 值尊 鹏sem_t a,b,c;/设置信号量，实现前驱同步关系pthread_t tid3;/ 创建线程，使输出A、B、C的代码独 立运行sleep ()； 加入三个线程, 使线程有一定的反映时间当代表A、B、C的线程运行 时，只有获得属于自己的信 号量时才能运行，并输出