进程同步实验——生产者与消费者问题算法实现

使用信号量实现有限缓冲区的生产者和消费者问题 使用信号量实现读进程具有优先权的读者和写者问题 实验报告（内容、环境、遇到的问题及解决、源代码、流程图、总结） 源代码

大连理工大学操作系统大作业， 进程同步与互斥 生产者与消费者问题

假设M个生产者和N个消费者共享一个具有K（K大于1）个缓冲区的循环缓冲结构BUFFER（提示：可以用一个循环队列或一个整型数组来表示），并设置两个指针IN和OUT，其中IN指向生产者线程当前可用的空缓冲区的在BUFFER中的下标，OUT指向消费者线程当前可用的满缓冲区在BUFFER中的下标。生产者线程和消费者线程并发执行，当无空缓冲区时，生产者线程阻塞；当无满缓冲区时消费者线程阻塞，并且多个生产者线程对IN的使用必须互斥，多个消费者线程对OUT的使用也必须互斥

上课实验用VC++做的操作系统实验之进程的互斥与同步（生产者与消费者问题），内含实验报告，希望对大家有帮助

进程同步模拟设计--生产者和消费者问题 进程调度同步异步

1. 目的： 调试、修改、运行模拟程序，通过形象化的状态显示，使学生理解进程的概念，了解同步和通信的过程，掌握进程通信和同步的机制，特别是利用缓冲区进行同步和通信的过程。通过补充新功能，使学生能灵活运用相关知识，培养创新能力。 2. 内容及要求： 1) 调试、运行模拟程序。 2) 发现并修改程序中不完善的地方。 3) 修改程序，使用随机数控制创建生产者和消费者的过程。 4) 在原来程序的基础上，加入缓冲区的写互斥控制功能，模拟多个进程存取一个公共缓冲区，当有进程正在写缓冲区时，其他要访问该缓冲区的进程必须等待，当有进程正在读取缓冲区时，其他要求读取的进程可以访问，而要求写的进程应该等待。 5) 完成1)、2)、3）功能的,得基本分,完成4)功能的加2分,有其它功能改进的再加2分 3. 程序说明： 　　本程序是模拟两个进程，生产者（producer）和消费者(Consumer)工作。生产者每次产生一个数据，送入缓冲区中。消费者每次从缓冲区中取走一个数据。缓冲区可以容纳8个数据。因为缓冲区是有限的，因此当其满了时生产者进程应该等待，而空时，消费者进程应该等待；当生产者向缓冲区放入了一个数据，应唤醒正在等待的消费者进程，同样，当消费者取走一个数据后，应唤醒正在等待的生产者进程。就是生产者和消费者之间的同步。 　　每次写入和读出数据时，都将读和写指针加一。当读写指针同样时，又一起退回起点。当写指针指向最后时，生产者就等待。当读指针为零时，再次要读取的消费者也应该等待。 为简单起见，每次产生的数据为0-99的整数，从0开始，顺序递增。两个进程的调度是通过运行者使用键盘来实现的。 4. 程序使用的数据结构 进程控制块：包括进程名，进程状态和执行次数。 缓冲区：一个整数数组。 缓冲区说明块：包括类型，读指针，写指针，读等待指针和写等待指针。 5. 程序使用说明 　　启动程序后，如果使用'p'键则运行一次生产者进程，使用'c'键则运行一次消费者进程。通过屏幕可以观察到两个进程的状态和缓冲区变化的情况。

（1）创建生产者和消费者线程 在Windows2000环境下，创建一个控制台进程，在此进程中创建n个线程来模拟生产者或者消费者。这些线程的信息由本程序定义的“测试用例文件”中予以指定。 该文件的格式和含义如下： 3 1 P 3 2 P 4 3 C 4 1 4 P 2 5 C 3 1 2 4 第一行说明程序中设置几个临界区，其余每行分别描述了一个生产者或者消费者线程的信息。每一行的各字段间用Tab键隔开。不管是消费者还是生产者，都有一个对应的线程号，即每一行开始字段那个整数。第二个字段用字母P或者C区分是生产者还是消费者。第三个字段表示在进入相应线程后，在进行生产和消费动作前的休眠时间，以秒计时；这样做的目的是可以通过调整这一列参数，控制开始进行生产和消费动作的时间。如果是代表生产者，则该行只有三个字段。如果代表消费者，则该行后边还有若干字段，代表要求消费的产品所对应的生产者的线程号。所以务必确认这些对应的线程号存在并且该线程代表一个生产者。 （2）生产和消费的规则 在按照上述要求创建线程进行相应的读写操作时，还需要符合以下要求： ①共享缓冲区存在空闲空间时，生产者即可使用共享缓冲区。 ②从上边的测试数据文件例子可以看出，某一生产者生产一个产品后，可能不止一个消费者，或者一个消费者多次地请求消费该产品。此时，只有当所有的消费需求都被满足以后，该产品所在的共享缓冲区才可以被释放，并作为空闲空间允许新的生产者使用。 ③每个消费者线程的各个消费需求之间存在先后顺序。例如上述测试用例文件包含一行信息“5 C 3 l 2 4”，可知这代表一个消费者线程，该线程请求消费1，2，4号生产者线程生产的产品。而这种消费是有严格顺序的，消费1号线程产品的请求得到满足后才能继续往下请求2号生产者线程的产品。 ④要求在每个线程发出读写操作申请、开始读写操作和结束读写操作时分别显示提示信息。 （3）相关基础知识 本实验所使用的生产者和消费者模型具有如下特点： 本实验的多个缓冲区不是环形循环的，也不要求按顺序访问。生产者可以把产品放到目前某一个空缓冲区中。 消费者只消费指定生产者的产品。 在测试用例文件中指定了所有的生产和消费的需求，只有当共享缓冲区的数据满足了所有关于它的消费需求后，此共享缓冲区才可以作为空闲空间允许新的生产者使用。 本实验在为生产者分配缓冲区时各生产者间必须互斥，此后各个生产者的具体生产活动可以并发。而消费者之间只有在对同一产品进行消费时才需要互斥，同时它们在消费过程结束时需要判断该消费对象是否已经消费完毕并清除该产品。 Windows用来实现同步和互斥的实体。在Windows中，常见的同步对象有：信号量(Semaphore)、互斥量(Mutex)、临界段(CriticalSection)等。使用这些对象都分为三个步骤，一是创建或者初始化：接着请求该同步对象，随即进入临界区，这一步对应于互斥量的上锁；最后释放该同步对象，这对应于互斥量的解锁。这些同步对象在一个线程中创建，在其他线程中都可以使用，从而实现同步互斥。

实验四、生产者消费者问题（15分） • 一个大小为3的缓冲区，初始为空 • 2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6次 • 3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4次 说明： • 显示每次添加和读取数据的时间及缓冲区的状态 • 生产者和消费者用进程模拟，缓冲区用共享内存来实现

1．模拟用信号量机制实现生产者和消费者问题。 2．设计报告内容应说明： ⑴ 课程设计目的与功能； ⑵ 需求分析，数据结构或模块说明(功能与框图)； ⑶ 源程序的主要部分； ⑷ 运行结果与运行情况分析； ⑸ 自我评价与总结：