生产者与消费者进程同步问题

第5页共6页实验报告课程名称：操作系统实验名称：生产者与消费者的进程同步问题学号：学生姓名：班级：指导老师：实验日期：2014年

1、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2、实验要求：本实验的主要目的是模拟操作系统中进程同步和互斥。在系统进程并发执行异步推进的过程中，由于资源共享和进程间合作而造成进程间相互制约。进程间的相互制约有两种不同的方式。（1）间接制约。这是由于多个进程共享同一资源（如CPU、共享输入/输出设备）而引起的，即共享资源的多个进程因系统协调使用资源而相互制约。（2）直接制约。只是由于进程合作中各个进程为完成同一任务而造成的，即并发进程各自的执行结果互为对方的执行条件，从而限制各个进程的执行速度。3、实验环境：VC6++4、实验内容：生产者和消费者是经典的进程同步问题，在这个问题中，生产者不断的向缓冲区中写入数据，而消费者则从缓冲区中读取数据。生产者进程和消费者对缓冲区的操作是互斥，即当前只能有一个进程对这个缓冲区进行操作，生产者进入操作缓冲区之前，先要看缓冲区是否已满，如果缓冲区已满，则它必须等待消费者进程将数据取出才能写入数据，同样的，消费者进程从缓冲区读取数据之前，也要判断缓冲区是否为空，如果为空，则必须等待生产者进程写入数据才能读取数据。1)实验原理在本实验中，进程之间要进行通信来操作同一缓冲区。一般来说，进程间的通信根据通信内容可以划分为两种：即控制信息的传送与大批量数据传送。有时，也把进程间控制在本实验中，进程之间要进行通信来操作同一缓冲区。一般来说，进程间的通信根据通信内容可以划分为两种：即控制信息的传送与大批量数据传送。有时，也把进程间控制信息的交换称为低级通信，而把进程间大批量数据的交换称为高级通信。目前，计算机系统中用得比较普遍的高级通信机制可分为3大类：共享存储器系统、消息传递系统及管道通信系统。•共享存储器系统共享存储器系统为了传送大量数据，在存储器中划出一块共享存储区，诸进程可通过对共享存储区进行读数据或写数据以实现通信。进程在通信之前，向系统申请共享存储区中的一个分区，并为它指定一个分区关键字。信息的交换称为低级通信，而把进程间大批量数据的交换称为高级通信。目前，计算机系统中用得比较普遍的高级通信机制可分为3大类：共享存储器系统、消息传递系统及管道通信系统。•消息传递系统在消息传递系统中，进程间的数据交换以消息为单位，在计算机网络中被称为报文。消息传递系统的实现方式又可以分为以下两种：(1)直接通信方式发送进程可将消息直接发送给接收进程，即将消息挂在接收进程的消息缓冲队列上，而接收进程可从自己的消息缓冲队列中取得消息。(2)间接通信方式发送进程将消息发送到指定的信箱中，而接收进程从信箱中取得消息。这种通信方式又称信箱通信方式，被广泛地应用于计算机网络中。相应地，该消息传递系统被称为电子邮件系统。•管道通信系统向管道提供输入的发送进程，以字符流方式将大量的数据送入管道，而接收进程从管道中接收数据。由于发送进程和接收进程是利用管道进行通信的，故称为管道通信。为了协调发送和接收双方的通信，管道通信机制必须提供以下3方面的协调功能。（1）互斥当一个进程正在对文件进行读或写操作时，另一个进程必须等待。（2）同步当写进程把一定数量的数据写入文件后，便阻塞等待，直到读进程取走数据后，再把写进程唤醒。（3）确认对方是否存在只有确定对方已存在时，才能进行管道通信，否则会造成因对方不存在而无限制地等待。在这个问题当中，我们采用信号量机制进行进程之间的通信，设置两个信号量，空的信号量和满的信号量。使用信号量机制可以实现进程之间的同步和互斥，允许并发进程一次对一组信号量进行相同或不同的操作。每个P、V操作不限于减1或加1，而是可以加减任何整数。在进程终止时，系统可根据需要自动消除所有被进程操作过的信号量的影响。2)程序要求①缓冲区采用循环队列表示，利用头、尾指针来存放、读取数据，以及判断队列是否为空。缓冲区中数组大小为15；②利用函数producer()作为生产者每次生产的数据，存放到缓冲区中；③使用main()函数调用实现共享主存段的创建，返回共享内存区的ID。对于已经申请到的共享段，进程需把它附加到自己的虚拟空间中才能对其进行读写。④使用Append()与Take()函数进行循环。5、实验测试及分析结果分析：

1、在每个程序中先做P(mutex)，后做V(mutex)，二者要成对出现。夹在二者中间的代码段就是该进程的临界区。

2、对同步信号量full和empty的P，V操作同样必须成对出现，但它们分别位于不同的程序中。

3、无论在生产者进程中还是在消费者进程中，两个P操作的次序不能颠倒:应先执行同

步信号量的P操作，然后执行互斥信号量的P操作。否则可能造成进程死锁。6、实验心得体会在分析程序的过程中发现了几点问题，第一个便是C语言与C++混乱，C语言里面的语句用到了本程序中如“/n”在C语言中为换行符号，但在C++中却不是；第二个便是符号问题，在程序编写过程中应用英文标点符号。本次实验是关于生产者与消费者之间互斥和同步的问题。问题的是指是P、V操作，实验设一个共享缓冲区，生产者和消费者互斥的使用，当一个线程使用缓冲区的时候，另一个让其等待直到前一个线程释放缓冲区为止。实验中包含的知识点很多，包括临界区资源共享问题、信号量定义、PV操作流程、进程间的通信方