生产者消费者问题
消费者剩余和生产者剩余例题
消费者剩余和生产者剩余例题
消费者剩余和生产者剩余是微观经济学中的重要概念,用来衡
量市场交易对消费者和生产者的福利影响。
消费者剩余是指消费者
愿意为一定数量的产品支付的价格与其实际支付的价格之间的差额,代表了消费者因低于其愿意支付的价格而获得的福利。
生产者剩余
则是指生产者愿意以一定价格出售产品与其实际获得的价格之间的
差额,代表了生产者因高于其愿意接受的价格而获得的福利。
举个例子来说明消费者剩余和生产者剩余,假设某商品的市场
均衡价格为10元,某消费者愿意为该商品支付15元,但实际只需
支付10元购买到了该商品,那么该消费者的消费者剩余为15元-10
元=5元。
而在生产者方面,假设生产者愿意以5元的价格出售该商品,但实际可以以10元的价格出售,那么生产者的生产者剩余为
10元-5元=5元。
从消费者和生产者的角度看,消费者剩余和生产者剩余都是正
面的福利,代表了他们因市场交易而获得的好处。
消费者剩余衡量
了消费者愿意为产品付出的额外福利,而生产者剩余则衡量了生产
者以低于其愿意接受的价格出售产品所获得的额外福利。
总的来说,消费者剩余和生产者剩余的概念有助于我们理解市场交易对消费者和生产者福利的影响,也有助于政府和企业制定相关政策和战略。
希望这个例子能够帮助你更好地理解消费者剩余和生产者剩余的概念。
生产者与消费者问题
⽣产者与消费者问题⽣产者与消费者问题是Java多线程中⼀道⾮常经典的问题,问题如下: ⽣产者与消费者问题也称缓存问题,⽣产者与消费者即Java 中的线程,⽣产者与消费者问题即⽣产者⽣产⼀定数量的线程放⼊缓存区中,供消费者消费者消费,在消费和⽣产的过程中,如果⽣产者⽣产的产品超过了缓存区的上限则停⽌⽣产,等待消费者消费,如果缓存区的产品被消费完,消费者则停⽌消费,等待⽣产者⽣产 ⾸先,我们来看题⽬,从题⽬中我们⼀个可以抽取出⼏个实体类呢?答案是4个 Consumer(消费者),Producer(⽣产者),Product(产品),WareHouse(缓冲区,也叫仓库),于是项⽬结构如下,main 为测试类产品类package ProducersAndConsumers;//产品public class Product {//产品需要⼀个id 来表明产品的唯⼀性private Integer productId;//id直接由构造⽅法传⼊public Product(Integer productId) {this.productId = productId;}public Integer getProductId() {return productId;}@Overridepublic String toString() {return "Product{" +"productId=" + productId +'}';}}仓库package ProducersAndConsumers;import java.util.LinkedList;//仓库类public class WareHouse {//仓库容量,我们设置为10个private final int max = 10;//仓库基础的数量private final int base = 0;//我们设置⼀个集合来存放⽣产的产品,由于我们需要⼀个可以弹出最后⼀个产品的⽅法,所以我们在这⾥使⽤LinkedListprivate LinkedList<Product> products = new LinkedList<>();//⽣产⽅法public synchronized void push(Product product) {//判断是否有空间存放产品while(max==products.size()){try{System.out.println("仓库已满,消费者快来消费"+Thread.currentThread().getName()+"停⽌⽣产");//仓库满后停⽌当前线程this.wait();}catch (Exception ex){ex.printStackTrace();}}//⽣产商品products.addLast(product);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"⽣产了⼀个产品:"+product.getProductId()+"号");try{//等待1秒,⽅⾯我们观察Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}notifyAll();}//消费⽅法public synchronized void pop() {//判断是否有产品while (products.size()==base){try{System.out.println("仓库空了,⽣产者快点⽣产"+Thread.currentThread().getName()+"停⽌消费");//仓库空后停⽌当前线程this.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}//消费商品System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"消费了⼀个产品:"+products.getLast().getProductId()+"号"); products.removeLast();try{//等待1秒,⽅⾯我们观察Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}notifyAll();}}⽣产者package ProducersAndConsumers;//⽣产者public class Producer implements Runnable {//⽣产产品的idprivate int count = 0;//仓库private WareHouse wareHouse;//⽣产者和消费者都是⽤同⼀个仓库,所以我们只要声明⼀个仓库,在由构造⽅法传⼊即可public Producer(WareHouse wareHouse) {this.wareHouse = wareHouse;}//⽣产⽅法@Overridepublic void run() {while (true){Product product = new Product(count);wareHouse.push(product);// 产品id不可重复,所以我们使⽤⾃增策略count++;}}}消费者package ProducersAndConsumers;public class Consumer implements Runnable{//仓库private WareHouse wareHouse;//⽣产者和消费者都是⽤同⼀个仓库,所以我们只要声明⼀个仓库,在由构造⽅法传⼊即可public Consumer(WareHouse wareHouse) {this.wareHouse = wareHouse;}//消费⽅法@Overridepublic void run() {while (true){wareHouse.pop();}}}最后测试类package ProducersAndConsumers;//测试类public class Main {public static void main(String[] args) {WareHouse wareHouse = new WareHouse();Producer producer = new Producer(wareHouse);Consumer consumer = new Consumer(wareHouse); Thread producerT = new Thread(producer,"⽣产者"); Thread consumerT = new Thread(consumer,"消费者"); producerT.start();consumerT.start();}}。
生产者消费者问题例题及详解
生产者消费者问题例题及详解生产者消费者问题是一个经典的并发问题,涉及到两个独立的线程:生产者和消费者。
生产者生产物品,消费者消费物品。
生产者、消费者共享一个公共的固定大小的缓冲区。
以下是一个简单的生产者消费者问题的例子:假设有一个固定大小的缓冲区,大小为N。
生产者负责生成数据放入缓冲区,而消费者负责从缓冲区取出数据并处理。
1. 当缓冲区为空时,消费者被阻塞,等待生产者生产数据。
2. 当缓冲区满时,生产者被阻塞,等待消费者消费数据。
3. 缓冲区的每个元素只能被消费一次。
4. 缓冲区是循环使用的,即当缓冲区的最后一个元素被消费后,下一个元素将是缓冲区的第一个元素。
问题:如何实现这个生产者消费者模型?解答:可以使用条件变量和互斥锁来实现这个模型。
首先,定义一个缓冲区数组和一个计数器变量来跟踪缓冲区的使用情况。
然后,定义两个条件变量:一个用于生产者等待缓冲区非空,另一个用于消费者等待缓冲区非空。
最后,使用互斥锁来保护对缓冲区和计数器的访问。
以下是使用C++实现的代码示例:```cppinclude <iostream>include <thread>include <mutex>include <condition_variable>const int N = 5; // 缓冲区大小int buffer[N]; // 缓冲区数组int count = 0; // 计数器变量,表示缓冲区的使用情况std::mutex mutex; // 互斥锁std::condition_variable cv_prod; // 生产者等待条件变量std::condition_variable cv_cons; // 消费者等待条件变量void producer() {for (int i = 0; i < N 2; i++) {std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);cv_(lock, []{ return count < N; }); // 等待缓冲区非空buffer[count] = i; // 生产数据放入缓冲区std::cout << "Producer produced " << i << std::endl;count++; // 更新计数器变量if (count == N) count = 0; // 循环使用缓冲区cv__one(); // 通知消费者消费数据}}void consumer() {for (int i = 0; i < N 2; i++) {std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);cv_(lock, []{ return count > 0; }); // 等待缓冲区非空int data = buffer[count]; // 从缓冲区取出数据并处理 std::cout << "Consumer consumed " << data << std::endl;count--; // 更新计数器变量if (count == -1) count = N - 1; // 循环使用缓冲区cv__one(); // 通知生产者生产数据}}int main() {std::thread prod(producer); // 创建生产者线程 std::thread cons(consumer); // 创建消费者线程 (); // 等待生产者线程结束(); // 等待消费者线程结束return 0;}```。
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。
(完整word版)生产者-消费者问题
课程设计报告课程名:操作系统专业学生姓名班级学号指导教师完成日期博雅学院“操作系统”课程设计报告-—生产者—消费者问题的模拟实现1.课程设计的目的本课程设计是学习完“操作系统原理”课程后进行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,加深对操作系统基础理论和重要算法的理解,加强学生的动手能力。
2.设计内容2.1 概述用多进程同步方法解决生产者-消费者问题,C或C++语言实现。
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.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行操作的函数代码。
2.2 设计原理多进程是一种非常简洁的多任务操作方式。
在Linux系统下,启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间,建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段,这是一种烦琐的多任务工作方式。
生产者-消费者方案是多进程应用程序开发中最常用的构造之一。
因此困难也在于此。
因为在一个应用程序中可以多次重复生产者—消费者行为,其代码也可以如此。
设计中创建了Consumer 类,该类通过在一些多进程应用程序中促进代码重用以及简化代码调试和维护来解决这个问题。
多进程应用程序通常利用生产者—消费者编程方案,其中由生产者进程创建重复性作业,将其传递给作业队列,然后由消费者进程处理作业.多进程是一种使应用程序能同时处理多个操作的编程技术。
通常有两种不同类型的多进程操作使用多个进程:适时事件,当作业必须在特定的时间或在特定的间隔内调度执行时;后台处理,当后台事件必须与当前执行流并行处理或执行时;适时事件的示例包括程序提醒、超时事件以及诸如轮询和刷新之类的重复性操作。
生产者—消费者问题
第一章、概述1.1 课题背景在多道程序环境下,进程同步问题十分重要,也是一个相当有趣的问题,因而吸引了不少学者对它进行研究,并由此而产生了一系列经典的进程同步问题。
其中比较有代表性的有“生产者—消费者问题” 、“读者—写者问题” 、“哲学家进餐问题”等等。
通过对这些问题的研究和学习,可以帮助我们更好地理解进程同步概念及实现方法。
1.2生产者—消费者问题生产者—消费者问题(Producer_consumer)是一个经典的进程同步问题。
它描述的是:有一群生产者进程在生产产品,并将此产品提供给消费者进程去消费。
为使生产者进程和消费者进程能并发执行,在它们之间设置有个缓冲区的缓冲池,生产者进程可将它所生产的产品放入一个缓冲区中,消费者进程可从一个缓冲区取得一个产品消费。
尽管所有的生产者进程和消费者进程都是以异步的方式运行的,但它们之间必须保持同步,即不允许消费者进程到一个空缓冲区去取产品,也不允许生产者进程向一个已装有消息尚未被取走产品的缓冲区投放产品。
如下图所示:1.3进程同步机制在中引入进程后,虽然提高了资源的利用率和系统的吞吐量,但由于进程的异步性,也会给系统造成混乱,尤其是在它们争用临界资源的时候。
例如,当多个进程去争用一台打印机时,有可能使多个进程的输出结果交织在一起,难于区分;而当多个进程去争用共享变量,表格,链表时,有可能使数据处理出错。
进程同步的主要任务就是使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作,从而使程序的执行具有可再现性。
1.4进程同步优点进程同步其优点在于能够让操作系统更加有效地对资源进行管理和调度,最大潜力地发挥处理机的性能。
让系统的执行更加畅通无阻,尽可能地让系统少出现一些由于系统资源分配不合理所带来的死锁、死机之类的事情的发生。
保持了处理机的高速运行之后从用户角度来说程序运行所花费的时间就会更短。
从而保证了处理机在相同的时间内有更大的吞吐量。
而把并发进程的同步和互斥问题一般化,就可以得到一个抽象的一般模型,即本次课程设计的任务:生产者—消费者问题。
生产者消费者pv例题
生产者消费者pv例题生产者消费者问题是一个经典的并发编程问题,主要涉及到多个线程之间的同步和通信。
这个问题可以分为两部分:生产者和消费者。
生产者负责生成一定量的数据放到缓冲区,而消费者则从缓冲区中取出数据。
为了防止缓冲区溢出和被耗尽,需要使用到信号量等机制来进行同步。
以下是一个简单的生产者消费者问题的例子,用到了PV操作来控制:```c#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <stdlib.h>#define BUFFER_SIZE 100int buffer[BUFFER_SIZE];int in = 0, out = 0;pthread_mutex_t mutex; //互斥锁pthread_cond_t cond_empty, cond_full; //条件变量,分别表示缓冲区空和缓冲区满void *producer(void *arg) {int item;while (1) {item = produce_item(); //生产数据pthread_mutex_lock(&mutex);while ((in + 1) % BUFFER_SIZE == out) { //缓冲区满,等待消费者消费pthread_cond_wait(&cond_empty, &mutex);}buffer[in] = item;in = (in + 1) % BUFFER_SIZE; //入队printf("Producer produced item: %d\n", item);pthread_cond_signal(&cond_full); //唤醒消费者线程,告诉缓冲区有新数据可消费pthread_mutex_unlock(&mutex);}}void *consumer(void *arg) {while (1) {pthread_mutex_lock(&mutex);while (in == out) { //缓冲区空,等待生产者生产数据pthread_cond_wait(&cond_full, &mutex);}int item = buffer[out];out = (out + 1) % BUFFER_SIZE; //出队printf("Consumer consumed item: %d\n", item);pthread_cond_signal(&cond_empty); //唤醒生产者线程,告诉缓冲区有空间可放新数据pthread_mutex_unlock(&mutex);}}```。
生产者消费者问题实验报告
生产者消费者问题实验报告生产者消费者问题实验报告一、引言生产者消费者问题是计算机科学中一个经典的并发问题,主要涉及到多个线程之间的协作和资源的共享。
在本实验中,我们通过编写一个简单的程序来模拟生产者和消费者之间的交互过程,以深入理解该问题的本质和解决方案。
二、问题描述在生产者消费者问题中,有两类线程:生产者和消费者。
生产者线程负责生产一定数量的产品,而消费者线程则负责消费这些产品。
两类线程需要共享一个有限的缓冲区,生产者将产品放入缓冲区,而消费者从缓冲区中取出产品。
然而,缓冲区的容量是有限的,当缓冲区已满时,生产者需要等待,直到有空间可用。
同样地,当缓冲区为空时,消费者需要等待,直到有产品可用。
三、实验设计为了解决生产者消费者问题,我们采用了经典的解决方案——使用互斥锁和条件变量。
互斥锁用于保护共享资源的访问,保证同一时间只有一个线程可以访问共享资源。
而条件变量用于线程之间的通信,当某个条件不满足时,线程可以通过条件变量进入等待状态,直到条件满足时再被唤醒。
在我们的程序中,我们使用了一个有界缓冲区来模拟生产者消费者之间的交互。
缓冲区的大小可以通过参数进行设置。
我们创建了两个线程分别代表生产者和消费者,它们通过互斥锁和条件变量来实现同步。
生产者线程在缓冲区未满时将产品放入缓冲区,并通知消费者线程有产品可用;消费者线程在缓冲区非空时从缓冲区取出产品,并通知生产者线程有空间可用。
通过这种方式,我们保证了生产者和消费者之间的协作和资源的共享。
四、实验结果经过多次运行实验,我们观察到了以下现象:当生产者线程的生产速度大于消费者线程的消费速度时,缓冲区会被生产者填满,消费者需要等待;当消费者线程的消费速度大于生产者线程的生产速度时,缓冲区会被消费者清空,生产者需要等待。
只有当生产者和消费者的速度相等时,才能实现平衡的生产和消费。
此外,我们还发现在某些情况下,生产者和消费者线程可能出现死锁或饥饿现象。
死锁是指两个或多个线程相互等待对方释放资源,导致程序无法继续执行的情况。
经典同步互斥问题
经典同步互斥之生产者—消费者问题生产者—消费者同步问题其实际上就是生活中同步、互斥问题的一个抽象模型,如多个进程合作解决文件打印的问题,汽车行驶过程中司机与售票员的活动问题,理发师理发问题等等。
要解决同步互斥问题,最主要的是理清楚活动者之间的同步关系,还有某些问题中变量的互斥问题。
分析清楚之后就是设置信号量,设置几个,并且根据实际情况给出信号量的初值。
生产者—消费者问题就是生产者进程向消费者进程提供消息。
生产者生产商品存入空缓冲区内,而消费者从缓冲区内取出产品并消费。
1、一个生产者P和一个消费者Q(其中只有同步问题)其同步关系为:(1)P进程不能向“满”的缓存区内存放产品,即仅当有一个空缓存区时才能放产品,设置信号量empty,初值为0,用于指示空缓存区数目。
(2)Q进程不能从空的缓存区中取产品,设置信号量full,初值为0,用于指示满缓存区的数目。
注意:a)在P、V操作中,P、V操作必须成对出现;b)在互斥关系中P、V操作在同一进程内;【c)在同步关系中P、V操作在不同的进程内。
其同步问题解决如下:P: //生产者repeat生产一个产品;送产品到缓冲区;V(full);//释放一个满的缓冲区;P(empty); //申请一个空的缓冲区存放产品;until false;;Q: //消费者repeatP(full);//申请一个满的缓存区取产品从缓存区取产品;V(empty);//产品取完后释放掉该空的缓存区消费产品;until false;2、多个生产者和多个消费者多个生产者和消费者问题中,缓存区属于临界资源,它只允许一个生产者放入产品或者一个消费者从中取产品。
生产者之间、生产者与消费者之间、消费者之间都必须互斥的使用缓冲区。
其中既存在同步问题,又存在互斥问题。
其同步关系为:(1)>(2)至少有一个缓冲区已存入消息后,消费者才能从中提取消息,否则消费者必须等待。
设置信号量empty,初值为n,用于指示空缓冲区的数目;(3)至少有一个缓存区是空的,生产者才能将消息存入缓冲区,否则生产者必须等待。
生产者消费者问题
⽣产者消费者问题⽣产者消费者问题背景在并发编程中,⽣产者消费者问题(producer/consumer)是⼀个经典的⽼⽣常谈的问题,有时也称为有界缓冲区问题。
问题的基本背景假设是:我们有⼀个固定⼤⼩的缓冲区,这个缓冲区分别有两种⼯作性质不同的线程去操作。
其中⼀种线程负责向缓冲区中写⼊数据,我们称之为⽣产者线程。
另⼀种线程则负责从缓冲区中拿取数据,并称之为消费者线程。
同时两种线程的写⼊和拿取⼯作要遵循⼀定的规则:1. 缓冲区未写满时,⽣产者线程可以向缓冲区中写⼊数据。
但是消费者线程不能从缓冲区中读取数据。
2. 缓冲区写满时,⽣产者线程不能向缓冲区中写⼊数据,消费者线程可以冲缓冲区中读取数据。
3. 不管是那种性质的线程,在操作缓冲区时,均不可出现并发安全问题。
分析可以得知,解决⽣产者消费者问题,其实就是要解决线程同步问题与共享资源互斥访问问题。
互斥问题的解决可以借助锁来实现,⽽线程同步则需借助信号量或其他⼯具来实现。
Java实现class FixedSizeBuffer{private static final int DEFAULT_BUFFER_SIZE = 1024;private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 共享资源访问锁private final Condition isFull = lock.newCondition(); // buffer是否已满private final Condition isEmpty = lock.newCondition(); // buffer是否还空着private final int size; // buffer的⼤⼩private final byte[] buffer; // bufferprivate int cursor; // 写⼊游标public FixedSizeBuffer(){this(DEFAULT_BUFFER_SIZE);}public FixedSizeBuffer(int size){if (size <= 0) throw new IllegalArgumentException();this.size = size;this.buffer = new byte[size];cursor = -1;}/*** 向buffer中写⼊⼀个字节的数据* @param content 数据内容* @throws InterruptedException 中断异常*/public void putByte(byte content) throws InterruptedException{/*由于要对共享资源buffer进⾏访问,所以要加锁。
详细描述什么是生产者和消费者问题
详细描述什么是生产者和消费者问题.
生产者和消费者问题是经济学中的一个基本理论,它研究如何调节生产规模与利润最大化。
当某些人的效用水平不断提高时,他就会增加对这类物品的需求;而当他们的收入水平相应地达到了一定程度以后,则会减少或停止对这类物品的需求。
从表面上看来,在消费者效用最大化行为和企业利润最大化目标之间存在着冲突,实际情况并非如此。
假设有甲乙两种商品: A 商品每单位价格为2元 B 商品每单位价格为1元消费者只能购买其中之一。
但可以购买更多,且认为所有商品的总价值等于各自价格乘积之和。
显然,如果把 A 商品卖出去,那么甲商品便属于消费者,同样的道理,消费者也可以将 A 商品出售给生产者,换回 B 商品。
由于市场交易成本很低, A 商品和 B 商品都可以得到补偿。
因此,在经济资源配置中,最重要的是使有限的生产资源通过贸易得到合理、充分的利用,尽量避免资源浪费和环境污染。
显然,根据这一原理,我国现阶段实施市场机制运作的“两头在外”的市场体系与美国等发达国家是无法相比的。
从长远考虑,我国必须建立统一开放竞争的市场体系,实现资源的优化配置。
- 1 -。
生产者消费者问题
insert_item(item); // 将新数据放入缓冲区
up(&mutex); // 离开临界区
if (count == N -1) // 缓冲区有空槽
{ // 唤醒生产者
consumer_item(item); // 处理数据项
}
}
该解决方案使用了三个信号量:一个为 full,用来记录充满的缓冲槽的数目,一个为 empty,记录空的缓冲槽总数,一个为 mutex,用来确保生产者和消费者不会同时访问缓冲区。mutex 的初始值为 1,供两个或者多个进程使用的信号量,保证同一个时刻只有一个进程可以进入临界区,称为二元信号量(binary semaphore)。如果每一个进程在进入临界区前都执行一个 down(...),在刚刚退出临界区时执行一个 up(...),就能够实现互斥。
生产者-消费者(producer-consumer)问题,也称作有界缓冲区(bounded-buffer)问题,两个进程共享一个公共的固定大小的缓冲区。其中一个是生产者,用于将消息放入缓冲区;另外一个是消费者,用于从缓冲区中取出消息。问题出现在当缓冲区已经满了,而此时生产者还想向其中放入一个新的数据项的情形,其解决方法是让生产者此时进行休眠,等待消费者从缓冲区中取走了一个或者多个数据后再去唤醒它。同样地,当缓冲区已经空了,而消费者还想去取消息,此时也可以让消费者进行休眠,等待生产者放入一个或者多个数据时再唤醒它。
// 缓冲区大小
#define N 100
int count = 0; // 跟踪缓冲区的记录数
/* 生产者进程 */
void procedure(void)
生产者消费者问题
喇叭TRUE) {
WaitForSingleObjec t(hE mpty,INFINITE); W ai tF orSingleObj ect(hMutex,lÌ'印刷ITE);
Produω0;
a[i]=i; i=(i+ l)%100; Sleep(5000);
ReleaseMutex(hMut巳:x); ReleaseSemaphore(田ull, l ,N1几L);
2.
#inclu dewindows.h
#includeiostrea皿h
#includestdio.h HANDLE hMutex;
HANDLE hF叫1,
bE mpty; HANDLE p,c;
DWORD DWORD void main()
WINAPI Producer(LPVOID); WINAPI Consumer(LPVOID);
}
return 0; void ConsumeO
cout 消费者消费产品... endl; cout 消费成功 endl; cout 请等待 ...endl;
DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara) while(TRUE) {
WaitForSingleObje叫hFull,INFINITE); WaitForSingleObject(hMutex,INFll、rrTE);
பைடு நூலகம்
unsigned
ProductID ConsumeID in out
AUJUAU mmm short
m 俨mrmr
int bool
g_buffer[SIZE_OF_BUFFER]; g_ continue = true;
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。
在本实验中,进程之间要进行通信来操作同一缓冲区。
生产者消费者问题实现
利用系统内核对象的单一性来进行同步, 使用时需要切换内核态与用户态,而用 户模式就是不需要切换到内核态,只在用户态完成操作。
用户模式下的方法有:原子操作(例如一个单一的全局变量),临界区。内 核模式下的方法有:事件,信号量,互斥量。
在本实验中,线程之间要进行通信来操作同一缓冲区。一般来说,线程间的 通信可以划分为三种:1)使用全局变量实现线程间通信;2)使用消息实现线程 间通信;3)使用CEvent类实现线程间通信 。
待生产者添加数据之后再读取,重复10次。
(4)按要求输出。
实验步骤:
首先,使用一个互斥锁,意味着资源槽机制就不能使用了。因为资源槽虽以 用一个互斥锁完成,但是需要有额外的通信,如果使用管道通信,则管道也必须 是互斥,这就不满足1个互斥锁的要求。其次,要求生产者一直生产,这就否定 了另外一种方法:消费者、生产者的位置均平等,消费者消费的时候生产者不能 生产,生产者生产的时候消费者不能消费。因此,就需要采用A要求,也就是循
环链表的形式。
为了保证互斥要求,需要定义一个数据结构,这个数据结构包含两个指针, 一个读一个写,同时有一个资源数目量,告诉生产者和消费者是否可以生产或者 消费。由于该数据结构很小,因而可以对此结构互斥访问。同时,对于每组数据, 都有一个标志位,表示此组数据是否被占用,生产者和消费者均可以先占用此位 置然后完成相应的操作。
四、实验内容及步骤
实验内容:模拟操作系统中进程同步和互斥。
实现经典同步问题:生产者一消费者,具体要求如下(可采用C++或者java)
(1)一个大小为10的缓冲区,初始状态为空。
⑵2个等 待消费者取走数据之后再添加,重复10次。
操作系统实验报告经典生产者—消费者问题范文大全[修改版]
第一篇:操作系统实验报告经典生产者—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。
消费者功能描述:消费者线程从缓冲区获得物品,然后释放缓冲区,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。
五、实验环境操作系统环境:Windows 系统。
编程语言:C#。
4.8 经典互斥与同步问题 生产者-消费者问题
4.8 经典互斥与同步问题:生产者-消费者问题(the producer/consumer problem)
问题描述:若干进程通过有限的共享缓冲区交换数据。
其中,"生产者"进程不断写入,而"消费者"进程不断读出;共享缓冲区共有N个;任何时刻只能有一个进程可对共享缓冲区进行操作。
任何时刻只能有一个进程可对共享缓冲区进行操作,可知使用共享缓冲区的生产者与生产者之间、生产者与消费者之间以及消费者与消费者之间存在互斥关系。
缓冲区不满,生产者才能写入;缓冲区不空,消费者才能读出,可知生产者与消费者之间存在同步关系。
设置如下信号量:
full是“满”缓冲区数目,初值为0;
empty是“空”缓冲区数目,初值为N;
mutex用于访问缓冲区时的互斥,初值是1 。
实际上,full和empty是同一个含义:full + empty == N。
用信号量和P、V原语解决生产者-消费者问题如下:
需要注意的是操作的顺序很重要,不当会产生死锁。
如假定Producer和Consumer如下:
当full=0, mutex = 1时,如果执行顺序为:
Consumer.P(mutex) ; Consumer.P(full); // C阻塞,等待Producer 发出的full信号
Producer.P(empty) ; Producer.P(mutex) ; // P 阻塞,等待Consumer发出的mutex信号此时将出现死锁。
计算机操作系统复习题目(2)
第二章进程管理(三)进程同步5、经典同步问题1、生产者—消费者问题生产者消费者问题是一种同步问题的抽象描述。
计算机系统中的每个进程都可以消费(使用)或生产(释放)某类资源。
这些资源可以是硬件资源,也可以是软件资源。
当某一进程使用某一资源时,可以看作是消费,称该进程为消费者。
而当某一进程释放某一资源时,它就相当于生产者。
问题1:设某计算进程CP和打印进程IOP共用一个单缓冲区,CP进程负责不断地计算数据并送入缓冲区T中,IOP进程负责不断地从缓冲区T中取出数据去打印。
通过分析可知,CP、IOP必须遵守以下同步规则:(1)当CP进程把计算结果送入缓冲区时,IOP进程才能从缓冲区中取出结果去打印;(2)当IOP进程把缓冲区中的数据取出打印后,CP进程才能把下一个计算结果送入缓冲区.(3)为此设有两个信号量Sa=0,Sb=1,Sa表示缓冲区中有无数据,Sb表示缓冲区中有无空位置。
两个进程的同步可以描述如下:问题2:一组生产者通过具有N个缓冲区的共享缓冲池向一组消费者提供数据。
问题分析”:为解决生产者消费者问题,应该设两个同步信号量,一个说明空缓冲区的数目,用empty表示,初值为有界缓冲区的大小N,另一个说明已用缓冲区的数目,用full表示,初值为0。
由于在此问题中有M个生产者和N个消费者,它们在执行生产活动和消费活动中要对有界缓冲区进行操作。
由于有界缓冲区是一个临界资源,必须互斥使用,所以,另外还需要设置一个互斥信号量mutex,其初值为1。
问题的解:注意:在每个程序中用于实现互斥的P(mutex)和V(mutex)必须成对的出现对资源信号量empty和full的P和V操作,同样需要成对地出现,但它们分别处于不同的程序中。
在每个程序中的多个P操作顺序不能颠倒。
先同步后互斥。
生产者进程缓冲池消费者进程1┇┇i┇┇2、哲学家就餐问题有五个哲学家围坐在一圆桌旁,桌中央有一盘通心粉,每人面前有一只空盘子,每两人之间放一只筷子。
试修改下面生产者—消费者问题解法中的错误(信号量mutex的初值为1,信号量empty的
试修改下面生产者—消费者问题解法中的错误(信号量mutex的初值为1,信号量empty的生产者-消费者问题:1. 介绍生产者—消费者问题(Producer-Consumer Problem)是多线程编程中,一种常见的线程同步问题,也是一种临界资源共享问题,因此也被称作生产者-消费者问题,它可以用来描述并发线程的安全访问和同步的问题。
2. 背景生产者—消费者问题一般描述如下:存在一个有容量的buffer,多个producer通过放置产品到buffer中,把buffer填满,每个producer都有自己的能力,可以生产出一条货物,而多个consumer也可以从buffer中提取货物,以消耗buffer中的货物。
3. 传统解法传统解法基于信号量进行控制,通常情况下,需要两个信号量mutex和empty , mutex 保证buffer中只有一个生产者或者一个消费者,empty 的初值位buffer的容量,当一个生产者有了新的产物,会将empty 的值-1,而当一个消费者提取了一个产物,会将empty 的值+1 。
4. 错误现象在实际的生产者—消费者问题中,经常出现信号量mutex的初始值为1,信号量empty的初始值为0,这时候就可能出现阻塞情况,因为生产者可能会在某一时刻被锁住导致无法继续工作,进而导致消费者一直消耗不及生产,无法使得系统运行成功。
5. 优化策略一种常用的解决方案是在准备阶段,保证信号量mutex和empty的初始值满足:mutex=1, empty>0的条件。
此外,在生产者与消费者的执行阶段,通过一定的算法控制其访问buffer的次数,以保证能够容纳所有的生产者和消费者,以达到完美的运行效果。
6. 总结综上所述,生产者—消费者问题是一种多线程编程中,常见的线程同步与资源共享问题,若不完整理解其原理和该问题本身,在实践时很容易出现同步错误,形成死锁。
一种优化的解决方法是在准备阶段,保证信号量mutex和empty的初始值满足:mutex=1,empty>0的条件,并在生产者与消费者的执行阶段,通过一定的算法进行配合,才能让系统安全运行。
操作系统-生产者消费者问题
生产者消费者问题当缓冲区为空时,in与out在数值上相等;当缓冲区满时,in与out在数值上也相等。
那么,这就产生了不能判断的情况,不能通过in与out在数值上是否相等来判断缓冲区是否为空或者是否为满,本质上是循环队列产生的问题。
这种问题有很多解决方案,除了牺牲一个位置以外,增加一个标识、增加计数器或者用特殊值来表示等等都是可以的。
○ 方案一:增加计数器count1、操作count初始值为0;当生产者向缓冲区增加一项时,count自增1;当消费者从缓冲区移走一项时,count自减12、代码1)生产者while (true){while (count == BUFFER_SIZE); /* do nothing -- no free buffers */buffer[in] = nextProduced;in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;count ++;}2)消费者while (true){while(count == 0); /*do nothing -- nothing to consume */nextConsumed = buffer[out];out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;count --;}3、问题当生产者和消费者的代码并发执行时可能不能正确运行。
○ 方案二:利用flag作为标识1、操作使用布尔类型的变量full来表示缓冲区是否已满,当值为true表示缓冲区已满,当值为false表示缓冲区未满;初始值为false,在生产者向缓冲区中增加项时进行检查2、代码初始化:bool full = false;1)生产者while (true){while (full); /* do nothing -- no free buffers */buffer[in] = nextProduced;in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;if (in == out){full = true;}}2)消费者while (true){while(in == out && !full); /*do nothing -- nothing to consume */nextConsumed = buffer[out];out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;if (full){full = false;}}。
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生产者消费者问题
一、如何建立线程
用到的头文件
(a)pthread.h
(b)semaphore.h
(c) stdio.h
(d)string.h
定义线程标识
pthread_t
创建线程
pthread_create
对应了一个函数作为线程的程序段
注意的问题
要保证进程不结束(在创建线程后加死循环)
在线程中加入While(1)语句,也就是死循环,保证进程不结束。
二、控制线程并发的函数
sem_t:信号量的类型
sem_init:初始化信号量
sem_wait:相当于P操作
sem_post:相当于V操作
三、实现原形系统
父亲、母亲、儿子和女儿的题目:
桌上有一只盘子,每次只能放入一只水果。
爸爸专放苹果,妈妈专放橘子,一个儿子专等吃盘子中的橘子,一个女儿专等吃盘子中的苹果。
分别用P,V操作和管程实现
每个对应一个线程
pthread_t father; father进程
pthread_t mother; mother进程
pthread_t son; son进程
pthread_t daughter; daughter进程
盘子可以用一个变量表示
sem_t empty;
各线程不是只做一次,可以是无限或有限次循环
用While(1)控制各线程无限次循环
输出每次是那个线程执行的信息
printf("%s\n",(char *)arg);通过参数arg输出对应线程执行信息
编译方法
gcchex.c -lpthread
生成默认的可执行文件a.out
输入./a.out命令运行
查看结果:程序连续运行显示出
father input an apple.
daughter get an apple.
mother input an orange.
son get an orange.
mother input an orange.
son get an orange.
………………..
四、程序源代码
#include <stdio.h>
#include<string.h>
#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>
sem_t empty; //定义信号量
sem_tapplefull;
sem_torangefull;
void *procf(void *arg) //father线程
{
while(1){
sem_wait(&empty); //P操作
printf("%s\n",(char *)arg);
sem_post(&applefull); //V操作
sleep(7);
}
}
void *procm(void *arg) //mother线程
{
while(1){
sem_wait(&empty);
printf("%s\n",(char *)arg);
sem_post(&orangefull);
sleep(3);
}
}
void *procs(void *arg) //son线程
{
while(1){
sem_wait(&orangefull);
printf("%s\n",(char *)arg);
sem_post(&empty);
sleep(2);
}
}
void *procd(void *arg) //daughter线程
{
while(1){
sem_wait(&applefull);
printf("%s\n",(char *)arg);
sem_post(&empty);
sleep(5);
}
}
main()
{
pthread_t father; //定义线程
pthread_t mother;
pthread_t son;
pthread_t daughter;
sem_init(&empty, 0, 1); //信号量初始化
sem_init(&applefull, 0, 0);
sem_init(&orangefull, 0, 0);
pthread_create(&father,NULL,procf,"father input an apple."); //创建线程pthread_create(&mother,NULL,procm,"mother input an orange."); pthread_create(&daughter,NULL,procd,"daughter get an apple."); pthread_create(&son,NULL,procs,"son get an orange.");
while(1){} //循环等待
}。