东南大学 操作系统实验2 生产者-消费者问题

do {

wait(full)

wait(mutex);

…

从 buffer 中移除一个 product

…

signal(mutex);

signal(empty);

…

对得到的 product 进行各种操作

…
} while (true);
结束程序
主程序流程图如下：
Start
Initialize semaphores
Remove a product from buffer
Signal semaphore: mutex
Signal semaphore: empty
Consume the product
主要数据结构及其说明
本程序主要用到 bounded-buffer 来存储缓存的数据，为方便起见，缓冲区中的内容为 int 类 型。缓冲区主要结构如下图：
实验目的
通过实验，理解 Win32 API、Pthreads 中 mutex locks、semaphores 等使用方法，并掌握如 何利用它们实现进程（线程）间的同步和互斥。
设计思路及流程图
初始化信号量值(full, empty, mutex)
利用系统调用，创建 Producer 和 Consumer 的线程若干
front rear
环形缓冲区，拥有 front 和 rear 两个指针，以及 isEmpty 一个布尔变量。其中 front 表示缓冲 区的头部，rear 表示缓冲区尾部，isEmpty 表示缓冲区是否为空。
插入一个元素时，改变 isEmpty=true，如果尚未填满（front != rear）并且插入后移动 rear 指针指向下一个空槽。
} }
HANDLE thConsumers[WORKER_SIZE]; HANDLE thProducers[WORKER_SIZE]; const DWORD TIMEOUT = 60000; void init_threads() {
for(int i=0; i<WORKER_SIZE; i++) { //Create consumer and worker threads. thConsumers[i] = CreateThread(NULL, 0, ConsumerProcess, NULL, 0, NULL); thProducers[i] = CreateThread(NULL, 0, ProducerProcess, NULL, 0, NULL);
DWORD WINAPI ProducerProcess(LPVOID arg) { while(true) { //PrintLine(); //Produce an item srand(time(NULL)); int product = rand() + GetCurrentThreadId();
int RemoveFromBuffer() { if(front!=rear || isFull) { int r = buffer[front]; cout << "[X] Removed " << r << " from buffer." << endl; isFull = false; front = (front+1)%MAX_SEMAPHORE_VALUE; return r; } else { //Empty cerr << "Buffer empty!" << endl; return -1; }
实验内容
操作系统实验报告
09010422 何博伟
2013 年 4 月 27 日
在 Windows 和 Linux 操作系统上，利用各自操作系统提供的 Mutex 和信号量机制（Win32 API 或 Pthreads），实现生产者/消费者问题。具体要求见”Operating System Concepts(Seventh Edition)” Chapter 6 后的 Project（P236-241）。
DWORD WINAPI ConsumerProcess(LPVOID arg) { while(true) { //PrintLine(); //Wait until buffer is full //cout << "Waiting for buffer full..." << endl; WaitForSingleObject(full, INFINITE); //Wait until there's no mutex //cout << "Waiting for mutex..." << endl; WaitForSingleObject(mutex, INFINITE); //Remove an item from buffer PrintLineL(); cout << "Consumer "<< GetCurrentThreadId() << " has entered critical section." <<
}
#ifdef WIN32 HANDLE full, empty, mutex; void init_semaphores() {
//Initialize semaphores cout << "Win32 OS detected. Initializing semaphores..." << endl; full = CreateSemaphore(NULL, 0, MAX_SEMAPHORE_VALUE, NULL); empty = CreateSemaphore(NULL, MAX_SEMAPHORE_VALUE, MAX_SEMAPHORE_VALUE, NULL); mutex = CreateSemaphore(NULL, 1, 1, NULL); cout << "Semaphores created." << endl; }
AddToBuffer(product); PrintLineR(); //Critical things done. ReleaseSemaphore(mutex, 1, NULL); //cout << "Mutex released..." << endl; ReleaseSemaphore(full, 1, NULL); //cout << "Full signaled..." << endl; cin.get();
#include <iostream> #include <math.h> #include <time.h> #include <stdlib.h> //调用rand()及srand()函数 using namespace std;
const int MAX_SEMAPHORE_VALUE = 5; //a.k.a MAX_BUFFER_SIZE int buffer[MAX_SEMAPHORE_VALUE]; //buffer int front=0, rear=0; bool isFull = false; const int WORKER_SIZE = 20;
}
bool AddToBuffer(int p) { if(isFull) { //Full.
cerr << "Buffer full, cannot insert " << p << " ." << endl; return false; } buffer[rear] = p; cout << "[+] Inserted " << p << " into buffer." << endl; rear = (rear+1)%MAX_SEMAPHORE_VALUE; if(rear == front) isFull = true; return true; }
#ifdef linux //Under linux sem_t full, empty, mutex;
void init_semaphores() { cout << "Linux detected. Initializing semaphores..." << endl; //sem_init() 初始化一个定位在 sem 的匿名信号量。value 参数指定信号量的初始值。 pshared
删除元素时，先取出 front 指向的元素，然后将 front 往后移动一位，如果 front==rear， 则缓冲区空，置 isEmpty=true。
源程序及注释
#ifdef WIN32 #include <Windows.h> #endif
#ifdef linux #include <pthread.h> #include <semaphore.h> #endif
Producer 线程执行函数:
பைடு நூலகம்do { …

产生一个新的 product

…

wait(empty);

wait(mutex);

…

将新产生的 product 放入 buffer 中