生产者／消费者经典同步问题的深入探究

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操作系统课程设计“生产者-消费者”问题剖析

《操作系统》课程设计题目：“生产者-消费者”问题学院：信息工程学院专业：计算机科学与技术班级：计科1302姓名：施胜飞指导老师：徐向英2016年1月 15日目录一、课程设计目标 (2)二、课题内容 (2)1．实验目的 (2)2、实验环境 (2)3、实验要求 (2)三、设计思路 (3)1.信号量的设置 (3)2.系统结构 (4)3.程序流程图 (5)4.P V操作代码 (6)四、源代码 (7)五、运行与测试 (10)六、心得体会 (12)一、课程设计目标学习System V的进程间通信机制，使用信号量和共享内存实现经典进程同步问题“生产者-消费者”问题。

具体要求：1.创建信号量集，实现同步互斥信号量。

2.创建共享内存，模拟存放产品的公共缓冲池。

3.创建并发进程，实现进程对共享缓冲池的并发操作。

二、课题内容1．实验目的（1）掌握基本的同步互斥算法，理解生产者和消费者同步的问题模型。

（2）了解linux中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。

2、实验环境：C/C++语言编译器3、实验要求（1）创建生产者和消费者线程在linux环境下，创建一个控制台进程，在此进程中创建n个线程来模拟生产者或者消费者。

这些线程的信息由本程序定义的“测试用例文件”中予以指定。

（2）生产和消费的规则在按照上述要求创建线程进行相应的读写操作时，还需要符合以下要求：①共享缓冲区存在空闲空间时，生产者即可使用共享缓冲区。

②从上边的测试数据文件例子可以看出，某一生产者生产一个产品后，可能不止一个消费者，或者一个消费者多次地请求消费该产品。

此时，只有当所有的消费需求都被满足以后，该产品所在的共享缓冲区才可以被释放，并作为空闲空间允许新的生产者使用。

③每个消费者线程的各个消费需求之间存在先后顺序。

例上述测试用例文件包含一行信息“5 C 3 l 2 4”，可知这代表一个消费者线程，该线程请求消费1，2，4号生产者线程生产的产品。

而这种消费是有严格顺序的，消费1号线程产品的请求得到满足后才能继续往下请求2号生产者线程的产品。

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)iii.解除和共享内存的关联c.消费者进程(con_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(full)，P(mutex)，Add(data)，V(mutex)，V(empty)iii.解除和共享内存的关联d.循环队列部分：加入数据：info[end] = value; end = (end + 1) % 3;取出数据：temp = info[start]; info[start] = 0; (start = start + 1)%3; return temp;(3) 程序流程图：a. 主函数：b. 生产者进程：c. 消费者进程和生产者类似4. Windows 下：(1) 数据结构：和Linux大致相同(2) 算法：a. 创建的子进程调用正在执行的文件本身，通过main函数的参数区分主进程和生产者、消费者进程。

用多线程同步方法解决生产者-消费者问题

目录1.需求分析 (2)1.1 课程设计题目 (2)1.2 课程设计任务 (2)1.3 课程设计原理 (2)1.4 课程设计要求 (2)1.5 实验环境 (2)2. 概要设计 (3)2.1 课程设计方案概述 (3)2.2 课程设计流程图 (3)3.详细设计 (4)3.1 主程序模块 (4)3.2 生产者程序模块 (5)3.3 消费者程序模块 (6)4.调试中遇到的问题及解决方案 (6)5.运行结果 (7)6.实验小结 (7)参考文献 (8)附录：源程序清单 (8)1.需求分析1.1 课程设计题目用多线程同步方法解决生产者－消费者问题1.2 课程设计任务（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／消费者线程的标识符。

（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共享对缓冲区进行操作的函数代码。

1.3 课程设计原理生产者和消费者问题是从操作系统中的许多实际同步问题中抽象出来的具有代表性的问题，它反映了操作系统中典型的同步例子，生产者进程(进程由多个线程组成)生产信息，消费者进程使用信息，由于生产者和消费者彼此独立，且运行速度不确定，所以很可能出现生产者已产生了信息而消费者却没有来得及接受信息这种情况。

为此，需要引入由一个或者若干个存储单元组成的临时存储区（即缓冲区），以便存放生产者所产生的信息，解决平滑进程间由于速度不确定所带来的问题。

1.4 课程设计要求(1)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)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／消费者线程的标识符。

(3)生产者和消费者各有两个以上。

(4)多个生产者或多个消费者之间须共享对缓冲区进行操作的函数代码。

1.5 实验环境系统平台：LINUX开发语言：C开发工具：PC机一台2. 概要设计2.1 课程设计方案概述本设计中设置一个长度为20的一维数组buff[20]作为有界缓冲区，缓冲区为0时，代表该缓冲区内没有产品，buff[i]=i+1表示有产品，产品为i+1。

经典进程的同步问题之——生产者消费者

经典进程的同步问题之——⽣产者消费者1 、利⽤记录型信号量解决⽣产者——消费者问题假定在⽣产者和消费者之间的公⽤缓冲池，具有n个缓冲区，这时可利⽤互斥信号量mutex实现诸进程对缓冲池的互斥使⽤。

利⽤信号量empty和full分别表⽰缓冲池中空缓冲区和满缓冲区的数量。

只要缓冲区未满⽣产者便可将消息送⼊缓冲区，只要缓冲区未空消费者便可从缓冲区取⾛⼀个消息。

1 Var mutex,empty,full:semapthore:=1,n,0; // 声明互斥信号量mutex=1,n个空缓冲区,满缓冲区个数为02 buffer:array[0,1,...,n-1] of item;3in,out:integer:=0,0; // 输⼊、输出指针4 begin5 parbegin6 proceducer:begin7 repeat8 ...9 proceducer an item nextp; // ⽣产⼀个产品10 ...11 wait(empty); // 申请⼀个空缓冲区12 wait(mutex); // 申请⼀个临界资源使⽤权13 buffer(in):=nextp;// 将产品放⼊缓冲池中14in:=(in+1) mod n; // 输⼊指针向前移⼀个位置15 signal(mutex); // 释放临界资源16 signal(full); // 释放⼀个满缓冲区17 until false;18 end19 consumer:begin20 repeat21 wait(full); // 申请⼀个满缓冲区22 wait(mutex); // 申请⼀个临界资源使⽤权23 nextc:=buffer(out); // 从缓冲池取⾛⼀个产品24out:=(out+1) mod n; // 输出指针向前移⼀个位置25 signal(mutex); // 释放临界资源26 signal(empty); // 释放⼀个空缓冲区27 consumer the item in nextc;28 until false29 end30 parend31 end2、利⽤AND信号量解决⽣产者——消费者问题（看懂了上⾯的详细分析，下⾯的伪代码就容易理解多了）1 Var mutex,empty,full:semapthore:=1,n,0;2 buffer:array[0,...,n-1] of item;3in out:integer:=0,0;4 begin5 parbegin6 proceducer:begin7 repeat8 ...9 proceduce an item in nextp;10 ...11 Swait(empty,mutex); // 同时申请⼀个空缓冲区和临界资源使⽤权12 buffer(in):=nextp;13in:=(in+1)mod n;14 Ssignal(mutex,full); // 同时释放⼀个临界资源和满缓冲区15 until false16 end17 consumer:begin18 repeat19 Swait(full,mutex);20 Nextc:=buffer(out);21 Out:=(out+1)mod n;22 Ssignal(mutex,empty);23 consumer the item in nextc;24 until false;25 end26 parend27 end。

进程同步问题分析——生产者和消费者问题

一、讨论课名称：计算机操作系统中进程同步与互斥问题分析二、讨论课目的：1．熟悉临界资源、信号量及PV操作的定义与物理意义；2．掌握进程互斥与进程同步的相关知识；3．掌握用信号量机制解决进程之间的同步与互斥问题；4．实现生产者－消费者问题，深刻理解进程同步问题。

三、讨论课内容：1．进程同步的基本概念在多道程序环境下，系统中可能存在许多的进程，在这些进程之间必定存在一些制约关系，这种制约关系表现为以下两种形式：①资源共享关系。

进程之间不知道其他进程的存在，而这些进程又处在同一个系统中，对系统资源必须共享使用，而有些资源不允许进程同时访问，例如打印机。

系统只能保证进程间互斥地使用这种临界资源，称这种资源共享关系叫做互斥；②相互合作关系。

在某些进程间还存在一种相互合作的关系。

例如在某个系统中存在两个进程，输入进程A和计算进程B，A负责向B提供数据，当缓冲区空时，B进程因不能获得所需数据而等待。

当A把数据送入缓冲区后，并向B发送一个信号将B唤醒，B才能取走数据。

同样，当B没有提取数据，也就是说缓冲区满时，进程A也无法向其中投入数据而等待。

这就是一种相互合作关系，称之为进程间的同步关系。

2．信号量机制实现进程同步本文分析的生产者-消费者问题就是一种相互合作问题的代表，对进程同步问题的解决，早在1965年，荷兰科学家Dijkstra就提出信号量机制是一种卓有成效的进程同步工具。

在信号量机制中，信号量仅能通过两个标准的原子操作wait（s）和singnal（s）来访问。

这两个操作被称为P,V操作。

在信号量机制中，除了需要一个用于代表资源数目的整型变量value外，还应增加一个进程链表L，用于链接上述的所有等待进程。

记录型信号量是由于它采用了记录型的数据结构而得名的。

它所包含的上述两个数据项可描述为：type semaphore=recordvalue:integer;L:list of process;End相应地，wait（s）和singal（s）操作可描述为：Procedure wait（s）var s:semaphore;BeginS.value:=S.value-1;If S.value<0 then block（S,L）EndProcedure signal(s)var S:semaphore;BeginS.value:=S.value+1;If S.value<=0 then wakeup（S,L）;End每次的wait操作，意味着进程请求一个单位的资源，因此描述为S.value:=S.value-1;当S.value<0时，表示资源已分配完毕，因而进程调用block原语，进行自我阻塞，放弃处理机，并插入到信号量链表S.L中。

操作系统生产者与消费者实验

}
void Consume()
{
ConsumeID = buffer[out];
printf("消费者消费产品%d...\n",ConsumeID);
Sleep(2000);
printf("从缓冲区%d拿走一个产品\n",out);
out = (out+1)%n;
}
DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara)
HANDLE Full;
HANDLE Empty;
void Produce()
{
buffer[in] = ++ProductID;
printf("生产者生产产品%d中...\n",ProductID);
Sleep(2000);
printf("在缓冲区%d添加一个产品\n",in);
in = (in+1)%n;
f)缓冲池不要求是循环环形缓冲区，也不要求一定是顺序访问，生产者可以将产品投放入任意的空缓冲区。
3、实验仪器设备
PC兼容机。
4、程序流程图
（1）、生产者流程图
（2）、消费者流程图
5、源代码
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
const unsigned short n = 10;
{
while(g_continue){
if(WaitForSingleObject(Full,2000)==WAIT_TIMEOUT)
{
printf("consumer full time out!\n");

生产者与消费者之间的同步与互斥问题

•进程间的关系 •生产者生产消息后消费者消费的合作关系 •消费者消费后的空白缓冲块由生产者生产消息的合作关系 •进程间在队列操作上的互斥关系
Var mutex, empty, full:semaphore∶=1,n,0; buffer:array［0, …, n-1］ of item; in, out: integer∶=0, 0; proceducer:begin repeat producer an item nextp; wait(empty); wait(mutex); buffer(in)∶=nextp; in∶=(in+1) mod n; signal(mutex); signal(full); until false; end • consumer:begin • repeat • wait(full); • wait(mutex); • nextc∶ =buffer(out); • out∶ =(out+1) mod n; • signal(mutex); • signal(empty); • consumer the item in nextc; • until false; • end
互斥问题：
1.生产者与生产者之间、消费者与消费者之间互斥访问缓冲池。 2.生产者和消费者之间互斥访问缓冲池。
生产者/消费者问题
• 一个生产者，一个消费者，一个缓冲区 • 确定同步对象 • 确定同步约束条件 • 确定同步时机 • 定义信号量：考虑为每个同步对象设一个信号量 • 用wait()操作判断同步条件是否满足 • 用signal()操作向其它同步对象发同步信号
Thank you !!
姚俊朱景焕宋聪郭涛欧阳睿朱思勇杨凝熊伟唐沐万骞闫弈潼

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。

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。

生产者与消费者问题理解（转载+个人理解）

⽣产者与消费者问题理解（转载+个⼈理解）⼀、问题描述⼆、问题分析该问题中出现的主要的两种关系：①⽣产者—消费者之间的同步关系表现为：⼀旦缓冲池中所有缓冲区均装满产品时，⽣产者必须等待消费者提供空缓冲区；⼀旦缓冲池中所有缓冲区全为空时，消费者必须等待⽣产者提供满缓冲区。

②⽣产者—消费者之间还有互斥关系：由于缓冲池是临界资源，所以任何进程在对缓冲区进⾏存取操作时都必须和其他进程互斥进⾏。

PV操作题⽬分析的步骤：1.关系分析。

找出题⽬中描述的各个进程，分析它们之间的同步、互斥关系。

2.整理思路。

根据各进程的操作流程确定PV操作的⼤致顺序。

3.设置信号量。

设置需要的信号量，并根据题⽬条件确定信号量的初值。

（互斥信号量初值⼀般为1，同步信号量的初值需要看对应资源的初始值是多少）在这⾥：互斥的实现是在同⼀个进程中进⾏的⼀对PV操作。

同步的实现是在两个进程中进⾏的，在⼀个进程中执⾏P操作，在另⼀个进程中执⾏V操作。

semaphore mutex = 1; //互斥信号量semaphore empty = n; //同步信号量。

空闲缓冲区的数量semaphore full = 0; //同步信号量。

产品的数量，⾮空缓冲区的数量producer(){while(1){⽣成⼀个产品;P(empty); //消耗⼀个空闲缓冲区P(mutex);把产品放⼊缓冲区;V(mutex);V(full) //增加⼀个产品}}consumer(){while(1){P(full); //消耗⼀个产品P(mutex);从缓冲区取出⼀个产品;V(mutex);V(empty); //增加⼀个空闲缓冲区使⽤产品;}}实现互斥的P操作⼀定要放在实现同步的P操作之后！我们观察上⾯的代码，⽣产者⽣产产品和消费者使⽤产品这两个操作都是放在各⾃进程的PV操作之外的，那么能不能放在各⾃的PV操作之内呢？其实从逻辑上来说是可以的，⽐如从缓冲区取出⼀个产品之后⽴即使⽤这个产品，但是这样就会造成临界区的代码量变⼤，消费者进程访问临界区将会耗费更多的时间，若此时有别的进程想要访问临界区是会被阻塞的，若将这些不是很⾮代码也放⼊临界区，会造成进程的并发度降低。

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。

生产者与消费者实验报告

生产者和消费者实验报告【实验目的】1.加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。

2.进一步认识并发执行的实质。

3.验证用信号量机制实现进程互斥的方法。

4.验证用信号量机制实现进程同步的方法。

【实验要求】用c语言编程搭建“生产者和消费者”经典进程通信问题的环境。

要求程序运行时，按任意键停止，显示当前系统的各个参数的值。

提交实验报告，以及相关程序列表。

打包成附件上传。

【实验环境】Visual C++6.0【实验内容】1.了解经典同步问题“生产者和消费者”生产者与消费者可以通过一个环形缓冲池联系起来，环形缓冲池由几个大小相等的缓冲块组成，每个缓冲块容纳一个产品。

每个生产者可不断地每次往缓冲池中送一个生产产品，而每个消费者则可不断地每次从缓冲池中取出一个产品。

指针i和指针j分别指出当前的第一个空缓冲块和第一个满缓冲块。

2.分析和理解（1）既存在合作同步问题，也存在临界区互斥问题合作同步：当缓冲池全满时，表示供过于求，生产者必须等待，同时唤醒消费者；当缓冲池全空时，表示供不应求，消费者应等待，同时唤醒生产者。

互斥：缓冲池显然是临界资源，所在生产者与消费都要使用它，而且都要改变它的状态。

（2）基于环形缓冲区的生产者与消费者关系形式描述：公用信号量mutex：初值为1，用于实现临界区互斥生产者私用信号量empty：初值为n，指示空缓冲块数目消费者私用信号量full：初值为0，指示满缓冲块数目整型量i和j初值为0，i指示首空缓冲块序号，j指示首满缓冲块序号（3）PV原语var mutex,empty,full:semaphore;i,j:integer;buffer:array[0...n-1] of item;i:=j:=1;Procedure producer;beginwhile true dobeginproduce a product;P(empty);P(mutex);buffer(i):=product;i:=(i+1) mod n;V(mutex);V(full);end;end;Procedure consumer;beginP(full);P(mutex);goods:=buffer(j);j:=(j+1) mod n;V(mutex);V(empty);consume a product;end;end;【实验源程序代码】#include <windows.h>#include <iostream>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(){//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);g_hEmptySemaphore =CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);//调整下面的数值，可以发现，当生产者个数多于消费者个数时，//生产速度快，生产者经常等待消费者；反之，消费者经常等待const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3; //生产者的个数const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 1; //消费者的个数//总的线程数const unsigned short THREADS_COUNT =PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;HANDLE hThreads[PRODUCERS_COUNT]; //各线程的handleDWORD producerID[CONSUMERS_COUNT]; //生产者线程的标识符DWORD consumerID[THREADS_COUNT]; //消费者线程的标识符//创建生产者线程for (int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;++i){hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);if (hThreads[i]==NULL) return -1;}//创建消费者线程for (i=0;i<CONSUMERS_COUNT;++i){hThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&con sumerID[i]);if (hThreads[i]==NULL) return -1;}while(g_continue){if(getchar()){ //按回车后终止程序运行g_continue = false;}}return 0;}//生产一个产品。

计算机操作系统中生产者-消费者问题分析

中的经典．它是计算机中相互合作进程关系的一种抽象。问题具有很大的代表性和使用价值该
１进程同步的基本概念
在多道程序环境下．系统中可能存在许多的进
程．这些进程之间必定存在一些制约关系．种制在这
关键词：进程同步；生产者一消费者问题；信号生产者一费者问题就是一种相互合消
操作系统是计算机的核心软件．计算机专业学是生的专业必修课进程同步问题是计算机操作系统中的重点内容．而生产者一费者问题是进程同步问题消
Ａ把数据送入缓冲区后．向Ｂ发送一个信号将Ｂ唤并醒．Ｂ才能取走数据。同样，Ｂ没有提取数据，就当也是说缓冲区满时．进程Ａ也无法向其中投入数据而等待这就是一种相互合作关系．之为进程问的同称步关系。
作问题的代表，对进程同步问题的解决，早在１６９５年．荷兰科学家Ｄｉｓａ提出信号量机制是一种卓ｊｔ就ｋｒ
有成效的进程同步工具。在信号量机制中．号量仅能通过两个标准的原信子操作ｗｉｓ￣ｓｇａ（）访问。这两个操作被称ａ（）ｉｎｌｓ来ｔｎ为ＰＶ操作。，

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。

实验5 模拟生产者-消费者实验

实验5 模拟生产者-消费者实验
实验目的
（1）掌握信号量及互斥信号量的使用方法；
（2）掌握共享存储区的使用方法。

实验原理
生产者-消费者(producer-consumer)问题是一个著名的进程同步问题。

它描述的是：有一群生产者进程在生产产品，并将这些产品提供给消费者进程去消费。

为使生产者进程与消费者进程能并发执行，在两者之间设置了一个具有n个缓冲区的缓冲池，生产者进程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中取走产品去消费。

尽管所有的生产者进程和消费者进程都是以异步方式运行的，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满产品且尚未被取走的缓冲区中投放产品。

为了保证数据的一致性，必须将信号量机制引入到生产者-消费者问题之中。

对于n个缓冲区，设置互斥信号量mutex使诸进程实现对缓冲池的互斥使用；利用资源信号量empty和full分别表示缓冲池中空缓冲区和满缓冲区的数量。

又假设生产者和消费者进程相互等效，只要缓冲池未满，生产者便可将消息送入缓冲池；只要缓冲池未空，消费者便可从缓冲池中取走一个消息。

6.4 实验内容
模拟生产者-消费者工作机制，由串口接收任务不断接收用户从超级终端输入的数据，模拟成数据的生产者，并将数据存放到共享缓冲区中；由LCD任务不断从共享缓冲区中读取数据，并显示出来，模拟成消费者。

操作系统实验报告-三大经典问题之生产者及消费者问题

计算机操作系统实验报告题目三大经典问题之生产者与消费者问题一、课程设计的性质与任务1、加深对并发协作进程同步与互斥概念的理解。

通过编写程序实现进程同步和互斥，使学生掌握有关进程（线程）同步与互斥的原理，以及解决进程（线程）同步和互斥的算法，从而进一步巩固进程（线程）同步和互斥等有关的容。

2、掌握进程和线程的概念，进程（线程）的控制原语或系统调用的使用。

3、了解Windows2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。

学习使用Windows2000/XP中基本的同步对象，掌握相应的API函数。

4、培养学生能够独立进行知识综合，独立开发较大程序的能力。

5、培养提高学生软件开发能力和软件的调试技术。

6、培养学生开发大型程序的方法和相互合作的精神。

7、培养学生的创新意识。

8、培养学生的算法设计和算法分析能力。

9、培养学生对问题进行文字论述和文字表达的能力。

二、课程设计的容及其要求在Windows XP、Windows2000等操作系统下，使用的VC、VB、Java或C等编程语言，采用进程（线程）同步和互斥的技术编写程序实现生产者消费者问题或哲学家进餐问题或读者-写者问题或自己设计一个简单进程（线程）同步和互斥的实际问题。

要求：（1）经调试后程序能够正常运行。

（2）采用多进程或多线程方式运行，体现了进程（线程）同步互斥的关系。

（3）程序界面美观。

三、实验原理本实验要求利用PV操作实现解决生产者——消费者问题中的同步问题。

此问题描述的是一群生产者进程在生产产品并将这些产品提供给消费者进程去消费，在两者之间设置了一个具有n个缓冲区的缓冲池，生产者进程将它所生产的产品放入一个缓冲区，消费者进程可从缓冲区中取走产品去消费，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满且尚未取出的缓冲区中投放产品，并且生产者消费者互斥使用缓冲区。

四、实验原理图五、算法实现（1）有一个生产者线程ProduceThread，有1个消费者进程CustomerThread；缓冲区为shareList。

生产者和消费者问题实验报告

格式： V。IDEnterCriticalSection( LPCRITICAL_SECTI。NIpCnticalSection )； LeaveCriticalSection的用法功能：释放指定临界区对象的所有权。格式： V。IDLeaveCriticalSection( LPCRITICAL.SECTI。NIpCriticalSection )； 2)程序结构 MI-I和序结构图 3)数据结构 (1)用一个整型数组Buffer-Critical来代表缓冲区。不管是生产产品还是对已有产品的消费都
Fer(inti-∙zi<R.reqvestHunU∙∙)
n_tħrei。.re<∣ι>tst[1]-((Thread!i⅞Fφ∙)(p))->thre⅛d.reqvest(1];
$10，P(LSl刊)；
F∙r(l-∙U<R..req<∣p⅝tHuAU*∙)<
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文件G)⅛M∙Z)2«(X)收就")工具(D隅船。i) r^i∙-。CAftφct∙taisg4S∙S∖n<s∖Mmm6lr∙t0tA4面3f⅞文件夹∖*JfFl 文件和文件关任务 J创建一个新文件夹 θ将这个文件英宣布到 WHtb H共享，及伴英 IT*+6Y。rkSP∙c∙ Urn C*÷Ssιrc∙6KB Un VV忖Inttllistns 25KB 10簪巷

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。

操作系统生产者与消费者问题实验报告

《操作系统》实验报告生产者和消费者的问题一、实验目的1.掌握基本的同步与互斥的算法，理解基本的生产者与消费者的模型。

2.学习使用Windows 2000/XP中基本的同步对象，掌握相关的API的使用方法。

3.了解Windows 2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。

二、实验的内容及其要求1.实验内容以生产者/消费者模型为根据，在Windows 2000环境下创建一个控制台进程，在改进程中创建n个线程模拟生产者和消费者，实现进程（线程）的同步与互斥。

2．实验要求①学习并理解生产者/消费者模型及其同步/互斥规则②学习了解Windows同步对象及其特性③熟悉实验环境，掌握相关API的使用方法④设计程序，实现生产者/消费者进程（线程）的同步与互斥⑤提交实验报告三、实验的时间安排1．实验前，先到图书馆或上网百度了解有关生产者/消费者模型的相关知识，建立生产者/消费者模型的基本概念。

2．利用13周、15周、17周的上机时间编写和调试程序代码。

3．利用其他课余时间来分析实验的最终结果并完成相关的实验报告。

四、实验的环境1.硬件条件：普通计算机一台2.软件条件：①操作系统：Windows 2000/XP②开发语言：VC++本实验是在Windows 2000+VC6.0环境下实现的，利用Windows SDK提供的系统接口（API）完成程序的功能。

实验在Windows 下安装VC后进行，因为VC是一个集成开发环境，其中包含了Windows SDK所有工具和定义，所以安装了VC后就不用特意安装SDK了。

实验中所用的API（应用程序接口），是操作系统提供的用来进行应用程序设计的系统功能接口。

要使用这些API，需要包含对这些函数进行说明的SDK头文件，最常见的就是windows.h。

一些特殊的API调用还需要包含其他的头文件。

五、正文1．程序结构图：2.数据结构：（1）用一个整型数组Buffer_Critical来代表缓冲区。

生产者／消费者经典同步问题的深入探究

操作系统课程设计“生产者-消费者”问题剖析

生产者消费者问题实验报告

用多线程同步方法解决生产者-消费者问题

经典进程的同步问题之——生产者消费者

进程同步问题分析——生产者和消费者问题

操作系统生产者与消费者实验

生产者与消费者之间的同步与互斥问题

生产者与消费者问题实验报告

生产者消费者问题实验报告

生产者与消费者问题理解（转载+个人理解）

经典同步互斥问题

生产者与消费者实验报告

计算机操作系统中生产者-消费者问题分析

4.8 经典互斥与同步问题 生产者-消费者问题

实验5 模拟生产者-消费者实验

操作系统实验报告-三大经典问题之生产者及消费者问题

生产者和消费者问题实验报告

操作系统之进程(生产者---消费者)实验报告

操作系统生产者与消费者问题实验报告

4.8 经典互斥与同步问题生产者-消费者问题