### 进程的同步与互斥，生产者与消费者同步机制问题 #### 一、基础知识概述 在操作系统中，进程的同步与互斥是两个重要的概念。这些概念主要用于解决多进程或多线程环境下资源访问冲突的问题。理解这些概念对于设计高效稳定的系统至关重要。 - **同步**：指的是多个进程之间按照某种预定义的顺序执行的过程。 - **互斥**：确保在任何时刻只有一个进程可以访问共享资源。这是通过锁或信号量等机制实现的。 #### 二、生产者与消费者问题 生产者与消费者问题是进程间通信的经典案例之一。这个问题涉及到一组生产者进程（负责生成数据）和一组消费者进程（负责处理数据）。所有进程都通过一个公共缓冲区进行交互。为了防止数据竞争和死锁，需要采用适当的同步机制。 #### 三、代码分析 给定的代码片段展示了如何使用C语言来实现一个简单的生产者与消费者模型。接下来，我们将深入分析这段代码的关键部分。 ##### 3.1 数据结构定义 ```c #define buffersize 5 int processnum=0; struct pcb { int flag; int numlabel; char product; char state; struct pcb* processlink; }*exe=NULL,*over=NULL; typedef struct pcb PCB; PCB* readyhead=NULL,* readytail=NULL; PCB* consumerhead=NULL,* consumertail=NULL; PCB* producerhead=NULL,* producertail=NULL; int productnum=0; int full=0,empty=buffersize; char buffer[buffersize]; int bufferpoint=0; ``` 这里定义了一个名为`pcb`的数据结构，用于表示进程控制块(PCB)，其中包括了进程的一些基本属性，如标识符(`flag`)、编号(`numlabel`)、当前状态(`state`)以及下一个进程的指针(`processlink`)。还定义了一些全局变量，如缓冲区大小、进程数量、产品数量等。 ##### 3.2 队列操作 ```c void linklist(PCB* p,PCB* listhead){ PCB* cursor=listhead; while(cursor->processlink!=NULL){ cursor=cursor->processlink; } cursor->processlink=p; } ``` `linklist`函数用于将一个新进程添加到就绪队列的末尾。`freelink`函数用于释放链表中的所有节点。`linkqueue`函数则用于初始化或扩展队列。 ##### 3.3 进程管理 ```c bool processproc(){ int i,f,num; char ch; PCB* p=NULL; PCB** p1=NULL; printf("\n请输入希望产生的进程个数："); scanf("%d",&num); getchar(); for(i=0;i消费者进程\n"); scanf("%d",&f); getchar(); p=(PCB*)malloc(sizeof(PCB)); if( !p) { printf("内存分配失败"); return false; } p->flag=f; processnum++; p->numlabel=processnum; p->state='w'; p->processlink=NULL; if(p->flag==1) { printf("您要产生的进程是生产者，它是第%d个进程。请您输入您要该进程产生的字符：\n",processnum); scanf("%c",&ch); getchar(); p->product=ch; productnum++; printf("您要该进程产生的字符是%c \n",p->product); } else { printf("您要产生的进程是消费者，它是第%d个进程。\n",p->numlabel); } linkqueue(p,&readytail); } return true; } ``` `processproc`函数负责创建进程并将其添加到就绪队列中。用户可以指定要创建的进程总数及每个进程的类型（生产者或消费者），并为生产者进程指定要生产的字符。 ##### 3.4 队列元素检查 ```c bool hasElement(PCB* pro){ // 代码缺失 } ``` `hasElement`函数用于检查队列是否包含元素，但代码片段中并未给出具体实现。 #### 四、关键概念解析 1. **缓冲区**: 在本例中，缓冲区用于存储生产者产生的数据，并供消费者读取。 2. **信号量**: `full`和`empty`变量实际上充当了信号量的角色，用于表示缓冲区中已填充的产品数量和空闲空间数量。 3. **互斥锁**: 缓冲区本身应当受到保护，以避免多个进程同时修改它而导致数据不一致。虽然本例中没有明确实现互斥锁，但在实际应用中通常会使用互斥锁来保证数据一致性。 #### 五、总结 生产者与消费者模型是一种经典的进程间通信方式，在实际系统开发中具有广泛的应用价值。通过上述分析，我们可以看到该模型是如何利用数据结构和简单的同步机制来协调不同进程之间的交互。理解和掌握这一模式有助于开发者设计出更高效、可靠的多进程应用程序。

面对大数据时代消费者评价的海量信息，为了识别消费者评价信息的情感倾向，及时掌握消费者的评价信息反馈，采用K-近邻（KNN）算法对消费者评价信息进行情感分类，但是该算法在文本分类过程中因文本特征向量的维度高，使得算法的时间复杂度和空间复杂度较高，计算的开销很大。针对这一问题，通过对获取信息的文本结构以及情感表达特点的分析，采用一种改进的KNN算法进行文本情感分类。在对消费者评价信息进行分类时，先由潜在语义分析算法对文本特征向量进行降维处理，然后利用加权KNN算法进行分类。实验结果表明，该方法在提高文本分类速度的同时保持了良好的分类效果。

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《计算机操作系统》课程设计 题 目： 生产者---消费者问题 专 业： 软件工程 年 级： 2010级 小组成员： A B 指导教师： 时 间： 地 点： 2012年 5 月 摘要 生产者消费者问题（英语：Producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（英语：Bounded-buffer problem），是一个多线程同步问题的经典案例。该问题描述了两个共享固定大小缓冲区 的线程——即所谓的"生产者"和"消费者"——在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作 用是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。与此同时，消费者也在缓冲区 消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也 不会在缓冲区中空时消耗数据。 生产者消费者模式是通过一个容器来解决生产者和消费者的强耦合问题。生产者和消 费者彼此之间不直接通讯，而通过阻塞队列来进行通讯，所以生产者生产完数据之后不 用等待消费者处理，直接扔给阻塞队列，消费者不找生产者要数据，而是直接从阻塞队 列里取，阻塞队列就相当于一个缓冲区，平衡了生产者和消费者的处理能力。 目录 1. 概述 4 2. 课程设计任务及要求 4 2.1 设计任务 4 2.2 设计要求 4 2.3 分工日程表 4 3. 算法及数据结构 4 3.1算法的总体思想 4 3.2 生产者模块 4 3.3 消费者模块 6 4. 程序设计与实现 7 4.1 程序流程图 7 4.2 程序代码 9 4.3 实验结果 14 5. 结论 16 6. 收获、体会和建议 16 6.1收获 16 7. 参考文献 17 1. 概述 本课题设计是完成了"操作系统原理"课程进行的一次全面的综合训练，通过这次课程 设计，充分检验学生对课程的掌握程度和熟练情况，让学生更好的掌握操作系统的原理 及其实现方法，加深对课程的基础理论和算法的理解，加强学生的动手能力。 2. 课程设计任务及要求 2.1 设计任务 通过研究Linux 的进程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发控制. 说明：有界缓冲区内设有20个存储单元，放入/取出的数据项设定为1- 20这20个整型数。 2.2 设计要求 (1)每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后，实时显示有界缓冲区的全部内容 、当前指针位置和生产者/消费者的标识符。 (2)生产者和消费者各有两个以上。 (3)多个生产者或多个消费者之间须有共享对缓冲区进行操作的函数代码。 提示：(1) 有界缓冲区可用数组实现。 2.3 分工日程表 " "周三下午 "周四上午 "周四下午 "周五上午 "周五下午 " "A "分析题目 "讨论，分工"编写代码 "测试系统 "编写文档 " "B "分析题目 "讨论，分工"编写代码 "添加备注 "完善系统 " 3. 算法及数据结构 3.1算法的总体思想 在同一个进程地址空间内执行的两个线程。 生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。 消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。 当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者 线程释放出一个空缓冲区。当消费者线程消费物品时，如果没有满的缓冲区，那么消费 者线程将被阻塞，直到新的物品被生产出来。 3.2 生产者模块 3.2.1 功能 在同一个进程地址空间内执行的两个线程。生产者线程生产物品，然后将物品放 置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲 区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区。 3.2.2 数据结构 producer_semaphore//生产者的资源信号量（初始值为缓冲区的大小） Buffer[pn] //有界缓冲区 Pn ///缓冲区目标位置 MAX_BUFFER//缓冲区上限 buffer_mutex//互斥信号量 Wait()//等待操作，用于申请资源 Signal()//信号操作，用于释放资源 Sleep()//挂起 3.2.3 算法 "void *producer_thread(void *tid){ " "pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE,NULL); " "/* 设置状态，PTHREAD_CANCEL_ENABLE是正常处理cancel信号*/ " "while(1){ " "sem_wait(&producer_semaphore); /*等待，需要生存*/ " "srand((int)time(NULL)*(int)tid); " "sleep(rand()%2+1); /*一个或两个需要生产*/ " "while((produce_pointer+1)%20==consume_pointer); /*指

以网购食品消费者的调查数据为基础,分析了消费者网上购买食品的现状,并运用因子分析法分析了消费者网上购买食品安全风险感知的因素。结果显示,网站和商家的建设、运营是消费者网购食品安全风险感知的主要因素,网站和商家应该加强自身的建设和运营,提供更多的食品安全保证信息去吸引更多的网购消费者;另外,食品电商管理也是消费者网购食品安全风险感知的因素,应该加强对食品电商的监管,进一步保障网购食品的安全。

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操作系统课的生产者消费者问题实验代码和报告