生产者消费者问题设计与实现
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。
生产者和消费者课程设计
《操作系统》课程设计生产者和消费者问题实践
系院:信息工程学院
学生姓名:xxxxxxx
学号:xxxxxxxxxxxx
专业:xxxxxxxxxxxx
年级:xxxxxxx
完成日期:xxxx年xx月
指导教师:刘栓
附:1、课程设计的填写请按格式要求做;
2、文字内容宋体、五号、1.5倍行距;
3、程序代码字体Times New Roman,五号、1.5倍行距;
生产者消费者问题实验报告
操作系统课程设计实验报告
实验名称:生产者消费者问题
姓名/学号:
一、实验目的
以生产者和消费者问题为例,学习Linux和Windows下进程通信、同步机制的具体实现方法,主要是信号量和共享内存。熟悉相关系统API的用法。
二、实验内容
使用共享内存和信号量机制来实现多个生产者/消费者进程间的通信和同步。要求在Linux和Windows下分别实现。
缓冲区大小为3,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,重复6次。3个消费者,重复4次。
三、实验环境
Ubuntu 10.10 , GCC; Windows 7, VC 6.0;
四、程序设计与实现
1. Linux下:
(1) 数据结构:
a. 共享内存定义为一个结构,使得其数据成员更清晰且操作变得简单。
b. 共享缓冲区采用循环队列的数据结构,由上面的结构
struct buf { int start; int end; int info[BUF_NUM]; }
维护。其中start为队头指针,end为队尾指针,info为数据区域。
(2) 算法:
大致由三个模块组成:
a.主程序(main):
i.创建信号量、共享内存并进行初始化
ii.创建生产者、消费者进程,生产者执行pro_fun(),消费者执行con_fun()
iii.等待所有子进程的结束
iv.删除信号量、共享内存
b.生产者进程(pro_fun):
i.通过key获得信号量、共享内存的ID,将内存添加到自己的地址空间
ii.P(empty),P(mutex),Add(data),V(mutex),V(full)
生产者消费者问题设计
一、设计目的
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。
二、设计内容
(1)概述
设计目的: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)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相同的,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。应该禁止生产者向满的缓冲区送入产品,同时也应该禁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相同,生产者和消费者两进程P和C之间应满足下列两个同步条件:
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
生产者必须等待。
为了满足第一个同步条件,设置一个同步信号量full,它代表的资源是缓冲区满,它的初始值为0,它的值为n时整个缓冲池满。这个资源是消费者类进程C所有,C进程可以申请该资源,对它施加P操作,而C进程的合作进程生产者进程P对它施加V操作。同样为了满足第二个同步条件,设置另一个同步信号量empty,它代表的资源是缓
操作系统线程同步机制实验报告
操作系统线程同步机制实验报告
一、实验目的
本实验旨在通过对操作系统线程同步机制的实验,深入了解操作系统
中线程的运行和同步原理,掌握线程同步机制的使用方法以及安全性问题。
二、实验背景
在操作系统中,线程是实现多任务并发执行的基本单位。为了确保线
程的安全性,避免出现竞态条件等问题,需要采取合适的线程同步机制。
三、实验内容
1.实现基本的线程同步操作
通过使用互斥锁和条件变量,实现以下线程同步问题:
(1)生产者/消费者问题:生产者线程生产一定数量的产品,消费者
线程从缓冲区中取出产品并消费。
(2)读者/写者问题:多个读者线程可以同时读取共享资源,但是写
者线程获取写权限后,其他线程无法读取或写入。
2.实验操作步骤
(1)设计和实现多线程程序,包括生产者线程、消费者线程、读者
线程和写者线程。
(2)使用互斥锁和条件变量对共享资源进行同步操作,保证线程的
安全性。
(3)编译并运行程序,观察线程的执行顺序和结果是否符合预期。
四、实验结果与分析
1.生产者/消费者问题
通过设计合适的缓冲区和互斥锁,保证生产者线程和消费者线程的安
全访问。实验结果表明,生产者线程可以正确地生产产品,并将产品存储
到缓冲区中。消费者线程可以从缓冲区中取出产品并消费。
2.读者/写者问题
通过使用互斥锁和条件变量,实现多个读者线程可以同时读取共享资源,但是写者线程获取写权限后,其他线程无法读取或写入。实验结果表明,读者线程可以同时读取共享资源,而写者线程获取写权限后,其他线
程无法读取或写入。
五、实验总结
本实验通过对操作系统线程同步机制的实验,深入了解了操作系统中
生产者消费者问题设计实现分析
操作系统课程设计任务书
学院计算机与信息工程专业计算机科学与技术课程名称操作系统题目生产者消费者问题设计
与实现
完成期限自2015年6月23日至2015年6月29日共1周
内容及任务一、项目的目的
1.理生产者消费者问题基本概念和工作原理,以及实现技术;
2.理解并掌握生产者消费者问题相关算法,以及它的实现方法;
3.掌握在eclipse环境下,系统开发的基本步骤和方法;
4.掌握在eclipse环境下,设计和开发一个简单的生产者消费者问题系统来模拟操作系统中生产者消费者问题。
二、项目任务的主要内容和要求
1.精读并理解和掌握生产者消费者问题;
2.编写程序来模拟生产者消费者问题的实现;
3.编写应用程序测试生产者消费者问题,并显示结果。
三、项目设计(研究)思路
本课程设计的基本思路是,首先理解和掌握生产者消费者问题的基本思想和原理,然后根据理解的基本思想和原理编程实现生产者消费者问题,最后通过数据分析生产者消费者问题。
四、具体成果形式和要求
成果:生产者消费者问题程序语言实现;设计说明书。
要求:编写好的生产者消费者问题程序能够正确启动运行;设计说明书规范、合理。
进度安排
起止日期工作内容2015.6.23至2015.6.24熟悉相关内容
2015.6.25至2015.6.26 系统设计和实现
2015.6.27至2015.6.29 系统实现和撰写相关文档
主要参考资料1.《计算机操作系统》汤子瀛哲凤屏汤小丹主编西安电子科技大学出版社.
2.《计算机操作系统概论》陈宏杨忠耀主编重庆邮电大学出版社.
3.《计算机操作系统基本知识》廖成崔阳主编电子工业出版社.
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。
操作系统生产与消费者问题
一、操作系统生产与消费者问题
1、有n个缓冲区,一个生产者和一个消费者情形:
main ()
{ int S=1; //可否进入缓冲区
int full=0; //产品数目
int empty=n //可用缓冲区数
int buffer[n];
int in=0; //指向下一个可放产品的缓冲区
int out=0; //指向下一个可取产品的缓冲区
producer();
consumer();
}
producer()
{
While(生产未终止)
{ produce a product
P(empty);
P(S);
Buffer[in]= product;
in=(in+1)mod n;
V(S);
V(full);
}
}
consumer()
{
While(消费未终止)
{ P(full);
P(S);
Take a product from Buffer[out]
Out=(out+1)mod n;
V(S);
V(empty);
}
Consume the product
}
2、 m个生产者和k个消费者共享n个缓冲区的情形:
main()
{
int B[n]; //缓冲区
int p=r=0; //p表示生产者指针, r表示消费者指针
int S=1; //可否进入缓冲区
int full=0; //产品数目
int empty=n; //可用缓冲区数
producer-i(i=1,2,…,m);
consumer-j(j=1,2,…,k);
}
Producer-i(i=1,2,…,m)
{
while (producing does not end )
{
生产者与消费者问题实验报告
生产者与消费者问题实验报告
生产者与消费者问题实验报告
篇一:生产者和消费者问题实验报告
实验报告
课程名称:操作系统实验名称:生产者和消费者问题学号:学生姓名:班级:指导教师:评分:实验日期:XX年 10月 22 日篇二: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。
生产者消费者问题操作系统课程设计
... . .
目录
1 绪论1
1.1 实现的功能1
1.2 P V 操作2
2 生产者——消费者问题。3
2.1 要求3
2.2 生产者和消费者两个进程的程序3
2.3进程控制块PCB。4
2.4处理器的模拟。5
2.5程序设计5
3设计步骤6
3.1课程分析6
3.1.2 流程图6
3.1.3 测试程序9
3.1.4测试结果分析13
5 结论13
参考文献14
1 绪论
生产者-消费者问题是一个经典的进程同步问题,该问题最早由Dijkstra提出,用以演示他提出的信号量机制。模拟实现用同步机构避免发生进程执行时可能出现的与时间有关的错误。
进程是程序在一个数据集合上运行的过程,进程是并发执行的,也即系统中的多个进程轮流地占用处理器运行。
我们把若干个进程都能进行访问和修改的那些变量称为公共变量。由于进程是并发地执行的,所以,如果对进程访问公共变量不加限制,那么就会产生“与时间有关”的错误,即进程执行后所得到的结果与访问公共变量的时间有关。为了防止这类错误,系统必须要用同步机构来控制进程对公共变量的访问。一般说,同步机构是由若干条原语——同步原语——所组成。本实习要求学生模拟PV操作同步机构的实现,模拟进程的并发执行,了解进程并发执行时同步机构的作用。
1.1 实现的功能
生产者-消费者问题是一个经典的进程同步问题,有m个生产者和n个消费者,它们共享可存放k件产品的缓冲区。生产者进程生产物品,然后将物品放置在一个空缓冲区中,供消费者进程消费。消费者进程从缓冲区中获得物品,然后释放缓冲区。当生产者进程生产物品时,如果没有空缓冲区可用,那么生产者进程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区。当消费者进程消费物品时,如果没有满的缓冲区,那么消费者进程将
C语言编程模拟生产者和消费者问题(附代码程序)
C语言编程模拟生产者和消费者问题(附代码程序)
实验三编程模拟生产者和消费者问题
一、实验目的和要求
模拟实现用同步机构避免发生进程执行时可能出现的与时间有关的错误。
进程是程序在一个数据集合上运行的过程,进程是并发执行的,也即系统中的多个进程轮流地占用处理器运行。
我们把若干个进程都能进行访问和修改的那些变量称为公共变量。由于进程是并发地执行的,所以,如果对进程访问公共变量不加限制,那么就会产生“与时间有关”的错误,即进程执行后所得到的结果与访问公共变量的时间有关。为了防止这类错误,系统必须要用同步机构来控制进程对公共变量的访问。一般说,同步机构是由若干条原语一一同步原语一一所组成。本实习要求学生模拟PV操作同步机构的实现,模拟进程的并发执行,了解进程并发执行时同步机构的作用。
二、实验环境
Windows操作系统和VisualC++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操作解决生产者一一消费者问题。
[提示]:
⑴PV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:
procedurep(vars:semaphore);
begi ns:=s-1;
ifs<0the nW(s)
en d{p}
procedurev(vars:semaphore);
egin s:=s+1;
生产者消费者问题
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。听起来好像蛮对的,无懈可击似的,但其实在实现时会有一个竞争条件存在的。为了跟踪缓冲区中的消息数目,需要一个变量 count。如果缓冲区最多存放 N 个消息,则生产者的代码会首先检查 count 是否达到 N,如果是,则生产者休眠;否则,生产者向缓冲区中放入一个消息,并增加 count 的值。消费者的代码也与此类似,首先检测 count 是否为 0,如果是,则休眠;否则,从缓冲区中取出消息并递减 count 的值。同时,每个进程也需要检查是否需要唤醒另一个进程。代码可能如下:// 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){int item; // 缓冲区中的数据项while(true) // 无限循环{ item = produce_item(); // 产生下一个数据项if (count == N) // 如果缓冲区满了,进行休眠{sleep();}insert_item(item); // 将新数据项放入缓冲区count = count + 1; // 计数器加 1if (count == 1) // 表明插入之前为空,{ // 消费者等待wakeup(consumer); // 唤醒消费者}}}/* 消费者进程 */void consumer(void){int item; // 缓冲区中的数据项while(true) // 无限循环{if (count == 0) // 如果缓冲区为空,进入休眠{sleep();}item = remove_item(); // 从缓冲区中取出一个数据项count = count - 1; // 计数器减 1if (count == N -1) // 缓冲区有空
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。
生产者消费者问题总结
⽣产者消费者问题总结
⽣产者-消费者算是并发编程中常见的问题。依靠缓冲区我们可以实现⽣产者与消费者之间的解耦。⽣产者只管往缓冲区⾥⾯放东西,消费者只管往缓冲区⾥⾯拿东西。这样我们避免⽣产者想要交付数据给消费者,但消费者此时还⽆法接受数据这样的情况发⽣。
wait notify
这个问题其实就是线程间的通讯,所以要注意的是不能同时读写。⽣产者在缓冲区满的时候不⽣产,等待;消费者在缓冲区为空的时候不消费,等待。⽐较经典的做法是wait和notify。
⽣产者线程执⾏15次set操作
public class Producer implements Runnable{
private Channel channel;
public Producer(Channel channel) {
this.channel = channel;
}
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<15;i++){
channel.set(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
}
}
}
消费者线程执⾏10次get操作
public class Consumer implements Runnable {
private Channel channel;
public Consumer(Channel channel) {
this.channel = channel;
}
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<10;i++){
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操作系统课程设计任务书
目录
1.选题背景
生产者消费者问题是研究多线程程序时绕不开的经典问题之一,它描述是有一块缓冲区作为仓库,生产者可以将产品放入仓库,消费者则可以从仓库中取走产品。解决生产者/消费者问题的方法可分为两类:(1)采用某种机制保护生产者和消费者之间的同步;(2)在生产者和消费者之间建立一个管道。第一种方式有较高的效率,并且易于实现,代码的可控制性较好,属于常用的模式。第二种管道缓冲区不易控制,被传输数据对象不易于封装等,实用性不强。因此本文只介绍同步机制实现的生产者/消费者问题。
同步问题核心在于:如何保证同一资源被多个线程并发访问时的完整性。常用的同步方法是采用信号或加锁机制,保证资源在任意时刻至多被一个线程访问。Java语言在多线程编程上实现了完全对象化,提供了对同步机制的良好支持。在Java中一共有四种方法支持同步,其中前三个是同步方法,一个是管道方法。
2.设计思路
.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或生产某类资源。当系统中某一进程使用某一资源时,可以看作是消耗,且该进程称为消费者。
而当某个进程释放资源时,则它就相当一个生产者
3.过程论述
首先,生产者和消费者可能同时进入缓冲区,甚至可能同时读/写一个存储单元,将导致执行结果不确定。这显然是不允许的。所以,必须使生产者和消费者互斥进入缓冲区。即某时刻只允许一个实体(生产者或消费者)访问缓冲区,生产者互斥消费者和其他任何生产者。
其次,生产者不能向满的缓冲区写数据,消费者也不能在空缓冲区中取数据,即生产者与消费者必须同步。当生产者产生出数据,需要将其存入缓冲区之前,首先检查缓冲区中是否有“空”存储单元,若缓冲区存储单元全部用完,则生产者必须阻塞等待,直到消费者取走一个存储单元的数据,唤醒它。若缓冲区内有“空”存储单元,生产者需要判断此时是否有别的生产者或消费者正在使用缓冲区,若是有,则阻塞等待,否则,获得缓冲区的使用权,将数据存入缓冲区,释放缓冲区的使用权。消费者取数据之前,首先检查缓冲区中是否存在装有数据的存储单元,若缓冲区为“空”,则阻塞等待,否则,判断缓冲区是否正在被使用,
若正被使用,若正被使用,则阻塞等待,否则,获得缓冲区的使用权,进入缓冲区取数据,释放缓冲区的使用权。
系统流程图
消费者流程图:
主程序流程图:
roduct = -1;
pBuffer[i].hasProduct = false;
}
}
roduct; roduct= 0; asProduct= false; roduct= productNo; asProduct = true; roduct+"\t"+pBuffer[i].hasProduct+"\n");
}
}
}
/*
一个缓冲单元
*/
class ProductBuffer {
int product; 果分析
运行主程序得到一个GUI窗口,在文本域中输出结果,一共10个缓冲单元,三个生产者随机生产产品依次从0编号的缓冲区放入产品,消费者按照生产的先后顺序消费产品。
当缓冲单元有产品时,状态栏显示true,否则显示false。并且当消费者取走产品后,产品编号会变成0.
5.结论
这次生产者与消费者之间的关系的实验我用Java语言编写的,用关键字synchronized来实现多个线程同步,用继承Thread来将生产者线程与消费者线程实例化。其实,在做这个实验之前我的Java语言编程老师讲过这些知识,正好可以巩固Java的一些知识。我还学过C++语言,这是大一下学期学的事了,我想要实现书上的P、V操作可以用C++语言来编写。? 总之,通过该实验我更加清楚的认识到生产者与消费者这个经典问题实际上是线程同步问题的抽象描述,即计算机系统中的每个进程都可以消费(使用)或生产(释放)数据,进程释放数据相当于生产者,使用数据相当于消费者。
从Java 的多线程机制出发, 研究了操作系统中经典的同步问题—生产者消费者问题, 提出了两种解决此问题的模型, 及其Java 解决方案。提出的两个模型充分利用了Java 中面向对象和管程机制, 模拟了操作系统中进程同步的经典问题—生产者消费者问题。在第一个模型中, 我们按照生产者消费者问题典型的解决方案给出了Java 解决模型; 在第二个模型中, 我们分析了信号量mutex 在问题中所起的作用, 并为了提高缓冲区读写的效率, 提出了将信号量mutex 分为两个分别控制生产者和消费者的信号量,并讨论了此方案的可行性。
参考文献
[1]《计算机操作系统》汤子瀛哲凤屏汤小丹主编西安电子科技大学出版社
[2]《计算机操作系统概论》陈宏杨忠耀主编重庆邮电大学出版社
[3]《计算机操作系统基本知识》廖成崔阳主编电子工业出版社
[4]《操作系统实现与设计》陆刚望能主编电子工业出版社
[5]《java程序语言设计》丁振凡主编,薛清华副主编清华大学出版社
致谢
本组全体成员在此向所有关心我们的及帮助我们的老师和同学们致以最真诚的感谢。在本次毕业设计中,尤其要感谢杨传健老师,对我们的课程设计时刻的关注,当我们遇到困难时给了我们很大的帮助,交给了我们团队的合作理念,使得我们能够按时完成这次的课程设计。
学生签名:填表日期:年月日
附录
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roduct = -1;
pBuffer[i].hasProduct = false;