生产者消费者问题模拟实现z
生产者消费者实验报告
生产者消费者实验报告
生产者消费者实验报告
引言:
生产者消费者模型是计算机科学中的一个经典问题,用于解决多线程并发访问
共享资源的同步问题。在本实验中,我们通过编写一个简单的Java程序来模拟
生产者消费者模型,并观察其运行结果和效果。
一、实验背景
生产者消费者模型是一种常见的并发模型,用于解决多线程访问共享资源时可
能出现的数据竞争和同步问题。在该模型中,生产者负责生产数据并将其放入
共享缓冲区,而消费者则负责从缓冲区中取出数据进行消费。为了确保生产者
和消费者之间的同步与互斥,需要使用合适的同步机制,如信号量、互斥锁等。
二、实验目的
本实验的主要目的是通过编写一个简单的生产者消费者程序,验证该模型在多
线程环境下的正确性和效果。我们将通过观察程序的输出结果和运行时间来评
估其性能,并分析其中可能存在的问题和改进空间。
三、实验设计
1. 编写生产者类和消费者类:
我们首先定义了一个共享缓冲区,用于存储生产者生产的数据。然后,我们
编写了一个生产者类和一个消费者类,分别实现了生产者和消费者的逻辑。在
生产者类中,我们使用了一个循环来模拟生产者不断地生产数据,并将其放入
缓冲区。而在消费者类中,我们同样使用了一个循环来模拟消费者不断地从缓
冲区中取出数据进行消费。
2. 同步机制的选择:
为了保证生产者和消费者之间的同步与互斥,我们选择了信号量作为同步机制。在生产者类中,我们使用一个信号量来控制缓冲区的可用空间,当缓冲区已满时,生产者将等待,直到有可用空间。而在消费者类中,我们同样使用一个信号量来控制缓冲区的可用数据,当缓冲区为空时,消费者将等待,直到有可用数据。
生产者消费者问题模拟实现(z)
typedef struct semaphore
{
int value;
//信号量的值
struct pcb *list; //信号量队列的指针
}
信号量说明: semaphore s;
P、V 操作原语描述如下:
(1)P(s):s.value--;若 s.value≥0,则执行 P(s)的进程继续执
行;若 s.value<0,则执行 P(s)的进程被阻塞,并把它插入到等待信
#define processNum 4 //进程数量(生产者、消费者进程总数目)
struct DataBuffer
//缓冲区
{
int buffer[dataBufferSize];
int cou源自文库t; //当前产品数量
} dataBuffer;
(3)为解决生产者-消费者问题需设两个同步信号量:信号量 empty
(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—消费者问题 生产者—消费者问题表述如下:如图 3.1 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 3.1 生产者—消费者问题示意图 著名的生产者—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—消费者问题就 解决了一类并发进程的同步问题。 操作系统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
生产者消费者伪码_[线程同步]生产者消费者代码实现
⽣产者消费者伪码_[线程同步]⽣产者消费者代码实现
⽣产者消费者问题是⼀个著名的线程同步问题,该问题描述如下:
有⼀个⽣产者在⽣产产品,这些产品将提供给若⼲个消费者去消费,为了使⽣产者和消费者能并发执⾏,在两者之间设置⼀个具有多个缓冲区的缓冲池,⽣产者将它⽣产的产品放⼊⼀个缓冲区中,消费者可以从缓冲区中取⾛产品进⾏消费,显然⽣产者和消费者之间必须保持同步,即不允许消费者到⼀个空的缓冲区中取产品,也不允许⽣产者向⼀个已经放⼊产品的缓冲区中再次投放产品。
⾸先来简化问题,先假设⽣产者和消费者都只有⼀个,且缓冲区也只有⼀个。这样情况就简便多了。
1. 从缓冲区取出产品和向缓冲区投放产品必须是互斥进⾏的。可以⽤关键段和互斥量来完成。
2. ⽣产者要等待缓冲区为空,这样才可以投放产品,消费者要等待缓冲区不为空,这样才可以取出产品进⾏消费。
并且由于有两个等待过程,所以要⽤两个事件或信号量来控制。
#include
#include
#include
CRITICAL_SECTION g_csThreadCode;
HANDLE g_EventBuffFull;
HANDLE g_EventBuffEmpty;
int g_buffer;
const int THREAD_NUM = 2;
const int product_num = 100;
unsigned int __stdcall producer_thread(void *param)
{
for (int i = 0; i < product_num; i++)
操作系统中的经典问题——生产者消费者问题(两种方式实现)
操作系统中的经典问题——⽣产者消费者问题(两种⽅式实现)操作系统中的经典问题——⽣产者消费者问题(两种⽅式实现)1、问题引⼊:什么是⽣产者消费者问题?
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。该问题描述了共享固定⼤⼩缓冲区的两个线程——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。
.
要解决该问题,就必须让⽣产者在缓冲区满时休眠(要么⼲脆就放弃数据),等到下次消费者消耗缓冲区中的数据的时候,⽣产者才能被唤醒,开始往缓冲区添加数据。同样,也可以让消费者在缓冲区空时进⼊休眠,等到⽣产者往缓冲区添加数据之后,再唤醒消费者。通常采⽤进程间通信的⽅法解决该问题。如果解决⽅法不够完善,则容易出现死锁的情况。出现死锁时,两个线程都会陷⼊休眠,等待对⽅唤醒⾃⼰。该问题也能被推⼴到多个⽣产者和消费者的情形。
2、问题分析
该问题需要注意的⼏点:
1. 在缓冲区为空时,消费者不能再进⾏消费
2. 在缓冲区为满时,⽣产者不能再进⾏⽣产
3. 在⼀个线程进⾏⽣产或消费时,其余线程不能再进⾏⽣产或消费等操作,即保持线程间的同步
4. 注意条件变量与互斥锁的顺序
由于前两点原因,因此需要保持线程间的同步,即⼀个线程消费(或⽣产)完,其他线程才能进⾏竞争CPU,获得消费(或⽣产)的机会。对于这⼀点,可以使⽤条件变量进⾏线程间的同步:⽣产者线程在product之前,需要wait直⾄获取⾃⼰所需的信号量之后,才会进⾏product的操作;同样,对于消费者线程,在consume之前需要wait直到没有线程在访问共享区(缓冲区),再进⾏consume的操作,之后再解锁并唤醒其他可⽤阻塞线程。
操作系统之生产者消费者问题(c++实现)
}
/*----------------------------程序提示信息结束------------------------------*/
/*----------------------------生产一个产品开始------------------------------*/
std::cout<<"|学生:丁可|"<<std::endl;
std::cout<<"|班级: B计123班|"<<std::endl;
std::cout<<"* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - *"<<std::endl;
std::cout<<" ==》按回车开始该程序"<<std::endl;
二、设计内容
1、概述
用进程同步方法解决“生产者-消费者”问题,C或C++语言实现。
1、设计目的
通过研究进程并发和信号量机制,实现生产者-消费者问题的并发控制。
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,即时显示有界缓冲区的全部内容,当前指针位置和生产者/消费者进程的标识符。
说明:有界缓冲区(提示:有界缓冲区可用数组实现)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。
操作系统实验报告 经典的生产者—消费者问题
实验二经典的生产者—消费者问题
一、目的
实现对经典的生产者—消费者问题的模拟,以便更好的理解经典进程同步问题。
二、实验内容及要求
编制生产者—消费者算法,模拟一个生产者、一个消费者,共享一个缓冲池的情形。
1、实现对经典的生产者—消费者问题的模拟,以便更好的理解此经典进程同步问题。生产者-消费者问题是典型的PV操作问题,假设系统中有一个比较大的缓冲池,生产者的任务是只要缓冲池未满就可以将生产出的产品放入其中,而消费者的任务是只要缓冲池未空就可以从缓冲池中拿走产品。缓冲池被占用时,任何进程都不能访问。
2、每一个生产者都要把自己生产的产品放入缓冲池,每个消费者从缓冲池中取走产品消费。在这种情况下,生产者消费者进程同步,因为只有通过互通消息才知道是否能存入产品或者取走产品。他们之间也存在互斥,即生产者消费者必须互斥访问缓冲池,即不能有两个以上的进程同时进行。
三、生产者和消费者原理分析
在同一个进程地址空间内执行两个线程。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挡,直到新的物品被生产出来。
四、生产者与消费者功能描述:
生产者功能描述:在同一个进程地址空间内执行两个线程。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。
C语言编程模拟生产者与消费者问题附代码程序
● 实现生产者和消费者之间的同步和互斥,保证在任何时刻只有一个生产者在生产物品,一个消费 者在消费物品。
● 使用条件变量或信号量等机制实现生产者和消费者之间的通信和同步。
● 循环执行生产者和消费者之间的操作,直到队列中没有物品可供消费或生产。
C语言编程模拟 生产者与消费者 问题附代码程序
,a click to unlimited possibilities
汇报人:
Leabharlann Baidu
目
录
CONTEN
T
S
01 添加目录标题 02 生产者与消费者问题背景 03 C语言编程模拟生产者与消费者问题 04 代码程序实现 05 代码程序运行结果展示
06 总结与展望
单击添加章节标题
消费者从共享缓冲区取出数 据的代码示例
消费者从共享缓冲区取出数 据的过程分析
消费者从共享缓冲区取出数 据需要注意的问题
添加同步机制(互斥锁、条件变量)
互斥锁的使用:通过互斥锁可以保证同一时间只有一个线程可以访问 共享资源,避免数据冲突。
条件变量的使用:条件变量可以用于实现线程间的同步,一个线程可 以在条件变量上等待,直到另一个线程发出通知。
示例代码:通过示例代码展示如何使用互斥锁和条件变量来模拟生产 者与消费者问题。
实验二生产者消费者问题实践
实验二生产者消费者问题实践
【实验目的】
配合操作系统课程的学习,加深对生产者与消费者问题的理解并熟悉VC的使用。
【实验学时】
建议2学时
【实验内容】
利用信号量机制完成5个生产者10个消费者的同步。
【实验原理】
生产者消费者问题是把并发进程的同步和互斥问题一般化后得到的一个抽象的一般模型。首先同步问题:消费者只有在有界缓冲区内有数据的时候才能进行消费,而生产者只能在有界缓冲区内有空间的时候才能够进行生产。其次,由于有界缓冲区是临界资源,所以生产者进程和消费者进程必须互斥。
为此,本实验中设置了一个公用的信号量即“ct”用来保证互斥的实现,它的初始值为1。另外为生产者和消费者分别设置了两个私用信号量,分别为“notem”和“notfu”。其中“notfu”表示有界缓冲区中的空单元数,初始值为20;“notem”表示有界缓冲区中非空单元数,初始值为0。
由于信号量的值只能通过P、V原语来操作,所以本实验中还定义了P、V的有关操作。【实验要求】
实现生产者、消费者的模拟函数(produce、consume),用它们来模拟生产者消费者问
题。
【实验步骤】
1、创建一个控制台类型的、名为P_C的工程(如图5-1所示)。下一步选择简单应用(如图
5-2所示)。
2、在P_C.cpp文件中添加如下代码:
3、添加一个类,用于控制生产者消费者的状态。点击Insert->New Class.类名为"Monitor"
(如图5-3 所示)。
4、在Monitor.h 文件中添加如下代码:
5、在Monitor.cpp文件中添加如下代码:
生产者消费者问题_______操作系统课程设计报告
.
课程设计报告
课程名称:Linu*操作系统
专业计算机科学与技术
学生**
班级
**
指导教师
完成日期
信息工程学院
题目:生产者-消费者问题的模拟实现一、设计目的
本课程设计是学习完“操作系统原理〞课程后进展的一次全面的综合训练,通过课程设计,更好地掌握操作系统的原理及实现方法,加深对操作系统根底理论和重要算法的理解,加强学生的动手能力。
二、设计内容
〔1〕概述
设计目的:通过研究Linu*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。
设计要求:(1)每个生产者和消费者对有界缓冲区进展操作后,即时显示有界缓冲区的全部内容,当前指针位置和生产者/消费者县城的标识符。(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展操作的函数代码。
〔2〕设计原理
通过一个有界缓冲区把生产者和消费者联系起来。假定生产者和消费者的优先级是一样的,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。应该制止生产者向满的缓冲区送入产品,同时也应该制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。与计算打印两进程同步关系一样,生产者和消费者两进程P和C之间应满足以下两个同步条件:
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
生产者消费者问题(C++实现)
⽣产者消费者问题(C++实现)#include <windows.h>
#include <iostream>
#include<cstdio>
const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 10; ///缓冲区长度
unsigned short ProductID = 0; ///产品号
unsigned short ConsumeID = 0; ///将被消耗的产品号
unsigned short in = 0; ///产品进缓冲区时的缓冲区下标
unsigned short out = 0; ///产品出缓冲区时的缓冲区下标
int g_buffer[SIZE_OF_BUFFER]; ///缓冲区是个循环队列
bool g_continue = true; ///控制程序结束
HANDLE g_hMutex; ///⽤于线程间的互斥
HANDLE g_hFullSemaphore; ///当缓冲区满时迫使⽣产者等待
HANDLE g_hEmptySemaphore; ///当缓冲区空时迫使消费者等待
DWORD WINAPI Producer(LPVOID); ///⽣产者线程
DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); ///消费者线程
int main()
{
int i;
///创建各个互斥信号
g_hMutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);
g_hFullSemaphore = CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);
操作系统之进程(生产者---消费者)实验报告
操作系统实验报告
——生产者和消费者问题
姓名:学号:班级:
一、实验内容
1、模拟操作系统中进程同步和互斥;
2、实现生产者和消费者问题的算法实现;
二、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;
三、实验题目
在Windows操作系统下用C语言实现经典同步问题:生产者—消费者,具体要求如下:
(1)一个大小为10的缓冲区,初始状态为空。
(2)2个生产者,随机等待一段时间,往缓冲区中添加数据,若缓冲区已满,等待消费者取
走数据之后再添加,重复10次。
页脚内容1
(3)2个消费者,随机等待一段时间,从缓冲区中读取数据,若缓冲区为空,等待生产者添
加数据之后再读取,重复10次。
四、思想
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。
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。
生产者消费者问题/银行家算法
操作系统课程设计
题目一:实现生产者消费者问题
题目二:银行家算法的实现
一、实验题目
解决生产者-消费者问题
二、设计内容
有界缓冲区内设有10个存储单元,放入/取出的数据项设定为1~10这10个整形数。要求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/消费者标识符
三、开发环境
LINUX环境,工具为VI编辑器。
四、分析设计
(一)实验原理
使用的生产者和消费者模型具有如下特点:
(1)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。
(2)消费者只消费指定生产者的产品。
(3)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。
(4)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)和事件(Event)等。本程序中用到了前三个。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
操作系统生产者与消费者实验报告
实验报告
第页
专业_______软件工程_____ 班级_________ 学号_____ 姓名
实验日期:年月日报告退发(订正、重做)
课程实验名称生产者与消费者问题、读者—写者问题
一、实验目的
1. 实现生产者消费者问题模拟
2. 进一步掌握P,V如何解决同步和互斥问题
二、实验环境
1. Windows或Linux平台
2. Eclipse、Visual Studio 2005或GCC
三、实验内容、步骤和结果分析
实验内容:
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,
生产者和消费者可用线程模拟。
1.一个大小为10的缓冲区,初始为空。
2. 五个生产者:若缓冲区可以加入数据,则示意进入生产过程(打印出生产者ID),往缓冲区添加数据,随机等待一段时间。若缓冲区已满,等待消费者取走数据后再添加。
3. 五个消费者:若缓冲区可以读取数据,则示意进入消费过程(打印出消费者ID),从缓冲区读取数据,随机等待一段时间;若缓冲区为空,等待生产者添加数据后再读取。
四、讨论
(说明实验过程中遇到的问题及解决办法;未解决/需进一步研讨的问题或建议新实验方法等)
(请利用实验二中所给的各个版本信号量类来完成实验三。若选用Windows平台,要求一定要选用这三个文件夹中的某个信号量类Semaphore来完成实验,否则实验报告视为缺交;若选用Linux平台,也要求参照已给出的三个版本的Semaphore类的接口,先定义一个Linux版本的C++类class Semaphore,并在该类基础上完成实验,提交实验报告时请附上自定义的Semaphore类。
生产者与消费者算法
生产者与消费者算法
1. 简介
生产者与消费者算法是操作系统中一种解决生产者与消费者问题的经典算法。
生产者与消费者问题是指多个生产者和多个消费者共享一个有限缓冲区,生产者向缓冲区中放入数据,消费者从缓冲区中取出数据的问题。
生产者与消费者算法通过合理地同步生产者与消费者的操作,保证生产者和消
费者的正确性和公平性。本文将介绍生产者与消费者算法的原理、实现和使用方法。
2. 原理
生产者与消费者算法的核心思想是使用互斥锁和条件变量。互斥锁用于保护共
享缓冲区的访问,条件变量用于实现生产者和消费者之间的等待和唤醒操作。
具体来说,算法包括以下几个步骤:
1.定义共享缓冲区,并初始化相关变量(如指针、计数器等)。
2.创建互斥锁和条件变量,并初始化。
3.同时启动多个生产者线程和消费者线程。
4.生产者线程的主要工作是生产数据并将其放入缓冲区中。在放入数据
之前,需要获取互斥锁进行保护。
5.消费者线程的主要工作是从缓冲区中取出数据并进行消费。在取出数
据之前,需要获取互斥锁进行保护。
6.若缓冲区已满,生产者线程需要等待条件变量唤醒。
7.若缓冲区为空,消费者线程需要等待条件变量唤醒。
8.当生产者线程放入数据后,需唤醒等待中的消费者线程;当消费者线
程取出数据后,需唤醒等待中的生产者线程。
9.在线程操作结束后,释放互斥锁。
3. 实现
以下是一个简单的生产者与消费者算法的示例代码。代码使用了C语言的pthread库实现多线程。
```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h>
操作系统实验报告生产者与消费者问题模拟
操作系统上机实验报告
实验名称:
生产者与消费者问题模拟
实验目的:
通过模拟生产者消费者问题理解进程或线程之间的同步与互斥。
实验内容:
1、设计一个环形缓冲区,大小为10,生产者依次向其中写入1到20,每个
缓冲区中存放一个数字,消费者从中依次读取数字。
2、相应的信号量;
3、生产者和消费者可按如下两种方式之一设计;
(1)设计成两个进程;
(2)设计成一个进程内的两个线程。
4、根据实验结果理解信号量的工作原理,进程或线程的同步\互斥关系。实验步骤及分析:
一.管道
(一)管道定义
所谓管道,是指能够连接一个写进程和一个读进程的、并允许它们以生产者—消费者方式进行通信的一个共享文件,又称为pipe文件。由写进程从管道的写入端(句柄1)将数据写入管道,而读进程则从管道的读出端(句柄0)读出数据。
(二)所涉及的系统调用
1、pipe( )
建立一无名管道。
系统调用格式
pipe()
参数定义
int pipe();
int [2];
其中,[1]是写入端,[0]是读出端。
该函数使用头文件如下:
#include <unistd.h>
#inlcude <signal.h>
#include <stdio.h>
2、read( )
系统调用格式:
read(fd,buf,nbyte)
功能:从fd所指示的文件中读出nbyte个字节的数据,并将它们送至由指针buf所指示的缓冲区中。如该文件被加锁,等待,直到锁打开为止。
参数定义:
int read(fd,buf,nbyte);
int fd;
char *buf;
C语言编程模拟生产者和消费者问题(附代码程序)
图 3-4 初始化流程
Hale Waihona Puke Baidu
图 3-5 模拟处理器调度
二、实验环境
Windows 操作系统和 Visual C++6.0 专业版或企业版
三、实验步骤
模拟 PV 操作同步机构,且用 PV 操作解决生产者——消费者问题。 [提示]: (1) PV 操作同步机构,由 P 操作原语和 V 操作原语组成,它们的定义如下: P 操作原语 P (s):将信号量 s 减去 1,若结果小于 0,则执行原语的进程被 置成等待信号量 s 的状态。 V 操作原语 V (s):将信号量 s 加 1,若结果不大于 0,则释放一个等待信号 量 s 的进程。 这两条原语是如下的两个过程: procedure p (var s: semaphore); begin s: = s-1;
cobegin
procedure producer;
c: products;
begin
L1:
Produce (c);
P (s1);
B[IN]: =C;
IN: =(IN+1)mod 10;
V (s2);
goto L1
end;
procedure consumer;
x: products;
begin
L2:
相应的过程执行。
模拟的指令
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生产者消费者问题模拟实现(z)
————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:
生产者-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—消费者问题
生产者—消费者问题表述如下:如图3.1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 3.1生产者—消费者问题示意图
著名的生产者—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—消费者问题就解决了一类并发进程的同步问题。
操作系统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E.W.Dijkstra提出新的同步工具——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:
typedefstruct semaphore
{
ﻩintvalue;//信号量的值
ﻩstruct pcb *list; //信号量队列的指针
}
信号量说明: semaphore s;
P、V操作原语描述如下:
(1)P(s):s.value--;若s.value≥0,则执行P(s)的进程继续执行;若s.v alue<0,则执行P(s)的进程被阻塞,并把它插入到等待信号量s的阻塞队列中。
(2)V(s):s.value++;若s.value≤0,则执行V(s)的进程从等待信号量s的阻塞队列中唤醒头一个进程,然后自己继续执行。若s.value>0 ,则执行
V(s)的进程继续执行;
1.2.3信号量实现互斥
信号量和PV操作可用来解决进程互斥问题。为使多个进程能互斥地访问某临界资源,只需为该资源设置一互斥信号量mutex,并置初值为1,然后将各进程访问该资源的临界区置于P(mutex)和V(mutex)操作之间即可。
用信号量和PV操作管理并发进程互斥进入临界区的一般形式为:
semaphoremutex;
mutex =1;
cobegin
process Pi()/*i =1,2,…,n */
{
ﻩﻩP(mutex);
ﻩﻩﻩ/*临界区*/
ﻩV(mutex);
}
coend
当有进程在临界区中时,mutex的值为0或负值,否则mutex值为1,因为只有一个进程,可用P操作把mutex减至0,故可保证互斥操作,这时试图进入临界区的其它进程会因执行P(mutex)而被迫等待。mutex的取值范围是1~-(n-1),表明有一个进程在临界区内执行,最多有n-1个进程在信号量队列中等待。