生产者消费者实验报告-3

操作系统实验报告2012年11月12日学号10081141081008114120姓名宋芳芳王林燕时间11月12日专业计算机科学与技术班级计科二班实验题目：生产者-消费者问题的实现实验目的：1．熟悉临界资源、信号量及PV操作的定义与物理意义；2．了解进程通信的方法；3．掌握进程互斥与进程同步的相关知识；4．掌握用信号量机制解决进程之间的同步与互斥问题；5．实现生产者－消费者问题，深刻理解进程同步问题。实验内容与步骤：实验内容：说明：有界缓冲区内设有5个存储单元,放入/取出的数据项设定为1-5这5个整型数。实验要求：(1)实现生产者消费者问题模拟，显示每次添加和读取数据时缓冲区的状态，生产者和消费者用进程模拟，缓冲区用共享内存来实现。每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后,即时显示有界缓冲区的全部内容,当前指针位置和生产者/消费者线程的标识符。Buffer（共享内存）生产者进程消费者进程(2)一个大小为5的缓冲区，初始为空；1个生产者：随机等待一段时间，往缓冲区添加数据，若缓冲区已满，等待消费者取走数据后再添加，重复5次。1个消费者：随机等待一段时间，从缓冲区读取数据，若缓冲区为空，等待生产者添加数据后再读取，重复5次。实验原理：(1)通过一个有界缓冲区把生产者消费者联系起来。假定生产者消费者的优先级是相同的，只要缓冲区未满，生产者就可以生产产品并将产品送入缓冲区。类似地，只要缓冲区未空，消费者就可以从缓冲区中取走产品。应该禁止生产者向满的缓冲区送入产品，同时也应该禁止消费者从空的缓冲区中取出产品，这一机制有生产者线程和消费者线程之间的互斥关系来实现。生产者和消费者两进程P和C之间应满足下列两个同步条件：①只有在缓冲池中至少有一个缓冲区已存入消息后，消费者才能从中提取信息，否则消费者必须等待。②只有缓冲池中至少有一个缓冲区是空时，生产者才能把消息放入缓冲区，否则生产者必须等待。为了满足第一个同步条件，设置一个同步信号量full，它代表的资源是缓冲区满，它的初始值为0，它的值为n==5时整个缓冲池满。这个资源是消费者进程所有，消费者进程可以申请该资源，对它施加P操作，生产者进程P对它施加V操作。为了满足第二个同步条件，设置另一个同步信号量empty，它代表的资源是缓冲空区，它的初始值为n，表示缓冲池中所有缓冲区空。信号量full表示可用缓冲区数量，信号量empty表示缓冲区数量，设置整型变量：存入指针in和取出指针out。(2)设置两个资源信号量，其中一个表示空缓冲区的数目，用g_hFullSemaphore表示，其初始值为有界缓冲区的大小SIZE_OF_BUFFER；另一个表示缓冲区中产品的数目，用g_hEmptySemaphore表示，其初始值为0.另外，由于有界缓冲区是一个临界资源，必须互斥使用，所以还需要在设置一个互斥信号量Mutex，初始值为1.(3)程序中各主要函数的功能如下：生成信号量：intsem_creat(key_tkey,intvalue)删除信号量：voiddel_sem(intsemid)p操作intp(intsemid){structsembufsops={0,-1,SEM_UNDO};return(semop(semid,&sops,1));}v操作intv(intsemid){structsembufsops={0,+1,SEM_UNDO};return(semop(semid,&sops,1));}生产者执行的代码：voidproducer(key_tkeyFull,key_tkeyEmpty,key_tkeymutex)消费者执行的代码：voidconsumer(intfull,intempty,intmutex)实验步骤：打开Unix系统，新建Pro.c文件，存入根目录root。点击右键，有新建终端选项，进入vi编辑器。输入指令vipro.c,键入i进入编辑状态，输入如下代码：用gccgcc命令编译源文件pro.c。具体指令为gcc-opropro.c-lrt./pro.c实验结果：程序代码：#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/sem.h>#include<sys/mman.h>//提供了共享内存的相关操作#include<fcntl.h>#include<sys/stat.h>unionsemun{intval;structsemid_ds*buf;unsignedshort*array;}arg;//生成信号量intsem_creat(key_tkey,intvalue){unionsemunsem;intsemid;sem.val=value;semid=semget(key,1,IPC_CREAT|0666);if(-1==semid){printf("createsemaphoreerror\n");exit(-1);}semctl(semid,0,SETVAL,sem);returnsemid;}//删除信号量voiddel_sem(intsemid){unionsemunsem;sem.val=0;semctl(semid,0,IPC_RMID,sem);}//p操作intp(intsemid){structsembufsops={0,-1,SEM_UNDO};return(semop(semid,&sops,1));}//v操作intv(intsemid){structsembufsops={0,+1,SEM_UNDO};return(semop(semid,&sops,1));}int*buffer;//int*pData;intin=0,out=0;intvalue_read=0,value_write=0;intfull,empty,mutex;voidproducer(key_t,key_t,key_t);//生产者所执行的代码voidconsumer(int,int,int);intmain(void){ key_tkeyFull,keyEmpty,keymutex; intfd; pid_tpid;void*ptr;//指向共享内存的指针/*shm_open是一个POSIX函数，用来打开或创建一个与“/shm”关联的共享内存区*/ if((fd=shm_open("/shm",O_RDWR|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR))==-1) { printf("shm_openerror\n");/*出错提示*/ } if(ftruncate(fd,5*sizeof(int))==-1)/*截短共享内存的长度到我们所需要的长度*/ { printf("ftruncateerror\n"); } if((ptr=mmap(0,5*sizeof(int),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0))==MAP_FAILED)/*将共享内存映射到进程地址空间*/ { printf("mmaperror"); } buffer=(int*)ptr; keyFull=ftok("/",0);keyEmpty=ftok("/",1);keymutex=ftok("/",3);full=sem_creat(keyFull,0);empty=sem_creat(keyEmpty,5);mutex=sem_creat(keymutex,1); switch(pid=fork()) { case-1:/*生成子进程失败*/ break; case0:/*子进程*/ producer(keyFull,keyEmpty,keymutex);/*子进程是生产者*/ sleep(2); break; default: consumer(full,empty,mutex);/*父进程是消费者*/ break;}wait(0);shm_unlink("/shm");/*删除共享内存区，程序中基本上保证了子进程先退出，因此父进程中无wait操作且这部操作放在父进程这里*/ //shmctl(shmid,IPC_RMID,&buf); //del_sem(semid); return0;}/*生产者写5次后退出*/voidproducer(key_tkeyFull,key_tkeyEmpty,key_tkeymutex){full=semget(keyFull,1,0);empty=semget(keyEmpty,1,0);mutex=semget(keymutex,1,0); while(value_write<5)/*退出条件判定*/ {printf("PrepareWrite\n");printf("emptynumP1:%d\n",semctl(empty,0,GETVAL,0)); p(empty);/*是否有空缓冲区，有则占有，无则被挂起，是原子操作*/ printf("emptynumP2:%d\n",semctl(empty,0,GETVAL,0));printf("mutexnum1%d\n",semctl(mutex,0,GETVAL,0));p(mutex);printf("mutexnum2%d\n",semctl(mutex,0,GETVAL,0)); value_write++; buffer[in]=value_write;printf("write%5dtoposition%5d\n",buffer[in],in+1);in=(in+1)%5; printf("mutexnum1%d\n",semctl(mutex,0,GETVAL,0));v(mutex);printf("mutexnum2%d\n",semctl(mutex,0,GETVAL,0)); printf("fullnumV1:%d\n",semctl(full,0,GETVAL,0)); v(full);/*写完一个缓冲区，释放信号量full（值加1）*/printf("fullnumV2:%d\n",semctl(full,0,GETVAL,0));printf("WriteFinish\n");//sleep(1); }}/*消费者读5次后退出*/voidconsumer(intfull,intempty,intmutex){while(value_read<5)/*退出条件判定*/ {printf("PrepareRead\n");printf("fullnumP1:%d\n",semctl(full,0,GETVAL,0)); p(full);/*获取信号量*/ printf("fullnumP1:%d\n",semctl(full,0,GETVAL,0)); printf("mutexnum1%d\n",semctl(mutex,0,GETVAL,0));p(mutex);printf("mutexnum2%d\n",semctl(mutex,0,GETVAL,0)); printf("read%5dfrompositio