生产者消费者问题模拟实现

1、生产者消费者问题模拟实现(z)-标）隹化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII生产者7消费者实验1.1实验目的和要求1.1.1实验目的操作系统的基本控制和管理控制都围绕着进程展开，其中的复杂性是由于 支持并发和并发机制而引起的。自从操作系统中引入并发程序设计后，程序的 执行不再是顺序的，一个程序未执行完而另一个程序便已开始执行，程序外部 的顺序特性消失，程序与计算不再一一对应。并发进程可能是无关的，也可能 是交互的。然而，交互的进程共享某些变量，一个进程的执行可能会影响其他 进程的执行结果，交互的并发进程之间具有制约关系、同步关系。其中典型模

2、型便是生产者消费者模型。本实验通过编写和调试生产者消费者模拟程序，进一步认识进程并发执行 的实质，加深对进程竞争关系，协作关系的理解，掌握使用信号量机制与P、V 操作来实现进程的同步与互斥。1.1.2实验要求1.用高级语言编写一个程序，模拟多个生产者进程和多个消费者进程并发 执行，并采用信号量机制与P、V操作实现进程间同步与互斥。2.撰写实验报告，报告应包含以下内容：(1)实验目的；(2)实验内容；(3)设计思路；（4）程序流程图；（5）程序中主要数据结构和函数说明;(6)带注释的源程序代码；（7）程序运行结果及分析；(8)实验收获与体会。1.2预备知识1.2.1生产者一消费者问题生产者一消费

3、者问题表述如下：如图所示，有n个生产者和m个消费者， 连接在具有k个单位缓冲区的有界环状缓冲上，故又称有界缓冲问题。生产者 不断生成产品，只要缓冲区未满，生产者进程pi所生产的产品就可投入缓冲 区；类似的，只要缓冲区非空，消费者进程cj就可以从缓冲区取走并消耗产 品。图生产者一消费者问题示意图著名的生产者一消费者问题(producer-consumer problem)是计算机操作 系统中并发进程内在关系的一种抽象，是典型的进程同步问题。在操作系统 中，生产者进程可以是计算进程、发送进程，而消费者进程可以是打印进程、 接收进程等，解决好生产者一消费者问题就解决了一类并发进程的同步问题。操作系统

4、实现进程同步的机制称为同步机制，它通常由同步原语组成。不 同的同步机制采用不同的同步方法，迄今已设计出多种同步机制，本实验采用 最常用的同步机制：信号量及PV操作。1.2.2信号量与PV操作1965年，荷兰计算机科学家提出新的同步工具一一信号量和PV操作，他 将交通管制中多种颜色的信号灯管理方法引入操作系统，让多个进程通过特殊 变量展开交互。一个进程在某一关键点上被迫停止直至接收到对应的特殊变量 值，通过这一措施任何复杂的进程交互要求均可得到满足，这种特殊变量就是 信号量(semaphore)。为了通过信号量传送信号，进程可利用P和V两个特 殊操作来发送和接收信号，如果协作进程的相应信号仍未到

5、达，则进程被挂起 直至信号到达为止。在操作系统中用信号量表示物理资源的实体，它是一个与队列有关的整型 变量。具体实现时，信号量是一种变量类型，用一个记录型数据结构表示，有 两个分量：一个是信号量的值，另一个是信号量队列的指针。信号量在操作系 统中主要用于封锁临界区、进程同步及维护资源计数。除了赋初值之外，信号 量仅能由同步原语PV对其操作，不存在其他方法可以检查或操作信号量，PV 操作的不可分割性确保执行的原子性及信号量值的完整性。利用信号量和PV操 作即可解决并发进程竞争问题，又可解决并发进程协作问题。信号量按其用途可分为两种：公用信号量，联系一组并发进程，相关进程 均可在此信号量上执行PV

6、操作，用于实现进程互斥；私有信号量，联系一组并 发进程，仅允许此信号量所拥有的进程执行P操作，而其他相关进程可在其上 执行V操作，初值往往为0或正整数，多用于并发进程同步。信号量的定义为如下数据结构：typedef struct semaphoreint value;oleFlag = rand()%2;oleFlag = rand()%2;oleFlag)strcpy(,”生产者);elsestrcpy(,消费者);strcat(, itoa(i+1, digitTemp, 10);processi.current

7、State = 1;processi.currentStep = 1; processi.code = i + 1;producerCongestionQueuei = 0;consumerCongestionQueuei = 0;shareCongestionQueuei = 0;void wakeup(int *pcq) urrentState = 1;oleFlag = 1) urrentStep = 2) printf(%20s:该进程被唤醒!申请空缓冲区成功!n, ); else if (processcode.currentStep = 3) pri

8、ntf(%20s:该进程被唤醒!申请访问缓冲区成功!n”,); else if (processcode.roleFlag = 0) urrentStep = 1) processcode.data = pop();printf(%20s:该进程被唤醒!申请取产品d成功!n, , processcode.data); else if (processcode.currentStep = 2) printf(%20s:该进程被唤醒!申请访问缓冲区成功!n, );processcode.currentS

9、tep+;for (int i = 1; (i processNum) & (pcqi != 0); i+) urrentState = 0;行结果程序经编译运行后，输出如下结果：生产者消费者算法模拟消费者2:无产品可取，该进程被阻塞！生产者3:生产一个产品344!生产者3:申请空缓冲区成功！生产者1:生产一个产品723!生产者1:申请空缓冲区成功！生产者3:申请访问缓冲区成功！生产者3:将产品344正送入缓冲区！生产者3:释放缓冲区访问权！生产者1:申请访问缓冲区成功！生产者1:将产品723正送入缓冲区！生产者3:产品已送入缓冲区，产品数量增加！消费者2:该进程被唤醒!申请取产品344成功！

10、消费者4:无产品可取，该进程被阻塞！生产者1:释放缓冲区访问权！消费者2:申请访问缓冲区成功！消费者2:从缓冲区中正取出产品723!生产者3:生产一个产品924!消费者2:释放缓冲区访问权！生产者1:产品已送入缓冲区，产品数量增加！消费者4:该进程被唤醒!申请取产品723成功！生产者1:生产一个产品510!生产者1:无空缓冲区，该进程被阻塞！消费者2:产品已取出，空缓冲区数量增加！生产者1:该进程被唤醒!申请空缓冲区成功！生产者1:申请访问缓冲区成功！消费者4:其他进程正在访问缓冲区，该进程被阻塞!生产者3:无空缓冲区，该进程被阻塞！生产者1:将产品510正送入缓冲区！生产者1:释放缓冲区访问

11、权！消费者4:该进程被唤醒!申请访问缓冲区成功！消费者4:从缓冲区中正取出产品723！消费者4:释放缓冲区访问权！消费者4:产品已取出，空缓冲区数量增加！生产者3:该进程被唤醒！申请空缓冲区成功！生产者1:产品已送入缓冲区，产品数量增加！生产者1:生产一个产品450！消费者2:消费产品723！生产者1:无空缓冲区，该进程被阻塞！消费者2:申请取出产品成功！消费者2:申请访问缓冲区成功！消费者2:从缓冲区中正取出产品723！消费者4:消费产品723！消费者4:无产品可取，该进程被阻塞！消费者2:释放缓冲区访问权！消费者2:产品已取出，空缓冲区数量增加！生产者1:该进程被唤醒！申请空缓冲区成功！生

12、产者3:申请访问缓冲区成功！生产者1:其他进程正在访问缓冲区，该进程被阻塞!生产者3:将产品924正送入缓冲区！消费者2:消费产品723！生产者3:释放缓冲区访问权！生产者1:该进程被唤醒！申请访问缓冲区成功！生产者1:将产品450正送入缓冲区！生产者3:产品已送入缓冲区，产品数量增加！消费者4:该进程被唤醒！申请取产品723成功！生产者1:释放缓冲区访问权！生产者1:产品已送入缓冲区，产品数量增加！消费者4:申请访问缓冲区成功！消费者4:从缓冲区中正取出产品723！消费者4:释放缓冲区访问权！生产者3:生产一个产品138！消费者4:产品已取出，空缓冲区数量增加！生产者1:生产一个产品881！

13、生产者1:申请空缓冲区成功！生产者3:无空缓冲区，该进程被阻塞！消费者4:消费产品723！2.简要分析在本次程序运行时，创建了两个生产者进程和两个消费者进程，生产者进 程编号为1、3,消费者进程编号为2、4。缓冲区数目是2个。从本次运行情况来看，消费者2先请求取产品，因缓冲区内无产品，此时 消费者2被阻塞；生产者3和生产者1各生产一个产品，生产者3先将产品送 入缓冲区后，唤醒了消费者2去取产品；此时消费者4也请求取产品，因无产 品可取而被阻塞；然后生产者1将产品送入了缓冲区，消费者4被唤醒；生产 者1又生产了一个产品，由于此时消费者2和消费者4还未将产品取出，已无 空缓冲区，所以生产者1被阻塞，只能等待；等到消费者2取出产品后，生产 者1被唤醒；但由于此时消费者4正在缓冲区取产品，生产者1由于不能访问 缓冲区而被阻塞；等消费者4完成