山东大学 计算机 2011_操作系统实验报告_最终版

操作系统实验报告——实验一实验题目：Synchronization Using Semaphore 日期:2013.12班级：计算机11级2班姓名：实验目标：在这个实验中，需要使用系统提供的同步信号量来实现生产者/消费者问题。

完成这一部分后，将会了解Nachos的信号量实现以及如何用信号量来实现生产者/消费者问题，同时了解如何在Nachos中创建多线程。

实验环境：ubuntu-12.04.1-desktop-i386实验分析:要实现生产者消费者问题，要使用信号量来控制资源，在threads/ 文件中实现了信号量。

设置访问的共享缓冲区，生产者每次往缓冲区中放入数据，修改信号量，一旦缓冲区数据满了以后，生产者需要等待缓冲区不满才能再放入;而消费者每次从缓冲区中取走一个资源，如果缓冲区为空，必须进入等待，若有多个生产者/消费者同时对共享的缓冲区进行操作，除了考虑生产者/消费者之间的同步问题还需要考虑生产者之间和消费者之间的互斥问题，必须保证同一时间只有一个生产者(消费者)访问缓冲区。

综上：解决生产者/消费者的示意图为：-生产者-消费者P(empty) P(full)P(mutex) P(mutex)... ...生产消费... ...V(mutex) V(mutex)V(full) V(empty)其中，empty,full,mutex这三个信号量分别用来实现缓冲区为空，缓冲区为前满以及互斥的要求。

其中信号量的定义在thread/以及synch.h中其中p和v操作分别如下：voidSemaphore::P(){IntStatus oldLevel = interrupt->SetLevel(IntOff); // disable interruptswhile (value == 0) { // semaphore not availablequeue->Append((void *)currentThread); // so go to sleepcurrentThread->Sleep();}value--; // semaphore available,// consume its value(void) interrupt->SetLevel(oldLevel); // re-enable interrupts}//----------------------------------------------------------------------// Semaphore::V// Increment semaphore value, waking up a waiter if necessary.// As with P(), this operation must be atomic, so we need to disable// interrupts. Scheduler::ReadyToRun() assumes that threads// are disabled when it is called.//----------------------------------------------------------------------voidSemaphore::V(){Thread *thread;IntStatus oldLevel = interrupt->SetLevel(IntOff);thread = (Thread *)queue->Remove();if (thread != NULL) // make thread ready, consuming the V immediatelyscheduler->ReadyToRun(thread);value++;(void) interrupt->SetLevel(oldLevel);}本实验主要修改的文件为：prodcons++.cc实验步骤：本实验主要就是根据提示将prodcons++.cc中缺少的代码补充完整。

首先是生产者调用的producer方法，nempty->P(); // Put the code for //synchronization before ring->Put(message) here.mutex->P(); // ...ring->Put(message);mutex->V(); // Put the //code for synchronization after ring->Put(message) here.nfull->V(); //之后是消费者调用的consumer方法:nfull->P();// Put the code for synchronization before //ring->Get(message) here.mutex->P();// ...ring->Get(message);mutex->V();// Put the code for synchronization after//ring->Get(message) here.nempty->V();// ...最后就是各信号量以及生产者/消费者线程的声明:voidProdCons(){int i;DEBUG('t', "Entering ProdCons");nempty=new Semaphore("empty",BUFF_SIZE); //声明empty信号量nfull=new Semaphore("full",0); //声明full信号量mutex=new Semaphore("mutex",1);//声明互斥信号量// Put the code to construct all the semaphores here.// ....ring=new Ring(BUFF_SIZE);// Put the code to construct a ring buffer object with size//BUFF_SIZE here.// ...//*producers[N_PROD] = new Thread();// create and fork N_PROD of producer threadsfor (i=0; i < N_PROD; i++){// this statemet is to form a string to be used as the name for // produder i.sprintf(prod_names[i], "producer_%d", i);producers[i] = new Thread(prod_names[i]);//生产者线程初始化// Put the code to create and fork a new producer thread using // the name in prod_names[i] and// integer i as the argument of function "Producer"// ...producers[i]->Fork(Producer,i); //挂起生产者线程};// create and fork N_CONS of consumer threadsfor (i=0; i < N_CONS; i++){// this statemet is to form a string to be used as the name for // consumer i.sprintf(cons_names[i], "consumer_%d", i);consumers[i] = new Thread(cons_names[i]);//消费者线程初始化// Put the code to create and fork a new consumer thread using// the name in cons_names[i] and// integer i as the argument of function "Consumer"// ...consumers[i]->Fork(Consumer,i); //挂起消费者线程};}调试记录：不管设置几个生产者，几个消费者，每次的输出结果基本一致。

实验结果：最后执行完后输出得到tmp_0和tmp_1文件（由于这里消费者数量为2，所以有2个tmp文件）tmp_0:producer id --> 0; Message number --> 0;producer id --> 1; Message number --> 0;producer id --> 0; Message number --> 2;producer id --> 2; Message number --> 1;tmp_1:producer id --> 1; Message number --> 1;producer id --> 0; Message number --> 1;producer id --> 0; Message number --> 3;producer id --> 1; Message number --> 2;producer id --> 2; Message number --> 0;producer id --> 2; Message number --> 2;producer id --> 2; Message number --> 3;producer id --> 1; Message number --> 3;分析结果：对于同一个消费者，相同的生产者，生产号是递增的，说明取的时候是按照顺序的。

结论分析与体会：通过这个实验对生产者/消费者问题有了更深入的了解，之前只是一个生产者--一个消费者模式或者一个生产者--多个消费者模式，而多个生产者--多个消费者模式不仅仅需要考虑生产者/消费者之间的同步问题，同时生产者之间，消费者之间的互斥问题也同样需要考虑。