生产者-消费者问题,实现进程同步

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PV练习及参考解答

PV练习及参考解答
semaphore S_BuffNum_Q1;
// Q2队列当中的空闲缓冲区个数,初值为m
semaphore S_BuffNum_Q2;
// Q1队列当中的消息数量,初值为n
semaphore S_MessageNum_Q1;
// Q2队列当中的消息数量,初值为0
semaphore S_MessageNum_Q2;
第二步:确定信号量及其值。由于进程A和进程B要互斥进入箱子去拣棋子,箱子是两个进程的公有资源,所以设置一个信号量s,其值取决于公有资源的数目,由于箱子只有一个,s的初值就设为1。
实现:
Semaphore s;//互斥信号量,初值为1
main()
{
cobegin
A();
B();
coend
}
A()
{
while(1)
实现过程:
P(mutex); // mutex的初始值为1 访问该共享数据;
V(mutex);
3)把信号量视为是某种类型的共享资源的剩余个数,实现对一类共享资源的访问。
判断进程间是否互斥,关键是看进程间是否共享某一公有资源,一个公有资源与一个信号量相对应。确定信号量的值是一个关键点,它代表了可用资源实体数。
P原语操作的动作是:
(1)sem减1;
(2)若sem减1后仍大于或等于零,则进程继续执行;
(3)若sem减1后小于零,则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中,然后转进程调度。
V原语操作的动作是:
(1)sem加1;
(2)若相加结果大于零,则进程继续执行;
(3)若相加结果小于或等于零,则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程,然后再返回原进程继续执行或转进程调度。
实现:

实验、进程的同步与互斥——生产者消费者

实验、进程的同步与互斥——生产者消费者

实验、进程的同步与互斥——⽣产者消费者1. 1. 实验⽬的两个或两个以上的进程,不能同时进⼊关于同⼀组共享变量的临界区域,否则可能发⽣与时间有关的错误,这种现象被称作进程互斥。

对CPU的速度和数⽬不做出任何假设的前提下,并发进程互斥访问临界资源,是⼀个较好的解决⽅案。

另外,还需要解决异步环境下的进程同步问题。

所谓异步环境是指:相互合作的⼀组并发进程,其中每⼀个进程都以各⾃独⽴的、不可预知的速度向前推进;但它们⼜需要密切合作,以实现⼀个共同的任务,即彼此“知道”相互的存在和作⽤。

实验⽬的:分析进程争⽤资源的现象,学习解决进程同步与互斥的⽅法。

本实验属于设计型实验,实验者可根据⾃⾝情况选⽤合适的开发环境和程序架构。

1. 2. 实验原理信号量的PV操作与处理相关,P表⽰通过的意思,V表⽰释放的意思。

1962年,狄克斯特拉离开数学中⼼进⼊位于荷兰南部的艾恩德霍芬技术⼤学(Eindhoven Technical University)任数学教授。

在这⾥,他参加了X8计算机的开发,设计与实现了具有多道程序运⾏能⼒的操作系统——THE Multiprogramming System。

THE是艾恩德霍芬技术⼤学的荷兰⽂Tchnische Hoogeschool Eindhov –en的词头缩写。

狄克斯特拉在THE这个系统中所提出的⼀系统⽅法和技术奠定了计算机现代操作系统的基础,尤其是关于多层体系结构,顺序进程之间的同步和互斥机制这样⼀些重要的思想和概念都是狄克斯特拉在THE中⾸先提出并为以后的操作系统如UNIX等所采⽤的。

为了在单处理机的情况下确定进程(process)能否占有处理机,狄克斯特拉将每个进程分为“就绪”(ready)、“运⾏”(running)和“阻塞”(blocking)三个⼯作状态。

由于在任⼀时刻最多只有⼀个进程可以使⽤处理机,正占⽤着处理机的进程称为“运⾏”进程。

当某进程已具备了使⽤处理机的条件,⽽当前⼜没有处理机供其使⽤,则使该进程处于“就绪”状态。

经典进程同步问题

经典进程同步问题
19
一、利用记录型信号量
解决哲学家进餐问题
假设每一位哲学家拿筷子的方法都是:先 拿起左边的筷子,再拿起右边的筷子,则第i 位哲学家的活动可描述为:
20
第i位哲学家的活动可描述为: repeat wait(chopstick[i]); wait(chopstick[i+1] mod 5); …. eat; …. signal(chopstick[i]); signal(chopstick[i+1] mod 5); …. think; until false;
full:=full - 1; if full <0 then block; mutex:=mutex-1; if mutex<0 then block; mutex:=mutex+1; if mutex<=0 then wakeup; empty:=empty+1; if empty<=0 then wakeup;
9
Wait操作不能颠倒!! P:wait(empty) wait(mutex)
C:wait(full) wait(mutex)
如果颠倒 P:wait(mutex) mutexl.value=0 wait(empty) 如果此时缓冲池满empty=-1,P阻塞 C:wait(mutex) mutex.value=-1, C阻塞 wait(full) P阻塞在empty队列中,等待一个空缓冲 C阻塞在mutex队列中,等待公共缓冲池访问权
6
consumer://消费者进程 begin repeat wait(full); wait(mutex); nextc:=buffer[out]; out∶=(out+1) mod n; signal(mutex); signal(empty); 消费这件产品; until false; end

操作系统课程设计“生产者-消费者”问题

操作系统课程设计“生产者-消费者”问题

《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*名:***指导老师:***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。

操作系统课程设计-进程同步模拟设计

操作系统课程设计-进程同步模拟设计

课程设计题目进程同步模拟设计——生产者和消费者问题学院计算机科学与技术学院专业计算机科学与技术班级0806姓名张方纪指导教师孙玉芬2010 年 1 月20 日课程设计任务书学生姓名:张方纪专业班级:计算机0806指导教师:孙玉芬工作单位:计算机科学与技术学院题目: 进程同步模拟设计——生产者和消费者问题初始条件:1.预备内容:阅读操作系统的进程管理章节内容,对进程的同步和互斥,以及信号量机制度有深入的理解。

2.实践准备:掌握一种计算机高级语言的使用。

要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)1.模拟用信号量机制实现生产者和消费者问题。

2.设计报告内容应说明:⑴需求分析;⑵功能设计(数据结构及模块说明);⑶开发平台及源程序的主要部分;⑷测试用例,运行结果与运行情况分析;⑸自我评价与总结:i)你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色;ii)什么地方做得不太好,以后如何改正;iii)从本设计得到的收获(在编写,调试,执行过程中的经验和教训);iv)完成本题是否有其他方法(如果有,简要说明该方法);时间安排:设计安排一周:周1、周2:完成程序分析及设计。

周2、周3:完成程序调试及测试。

周4、周5:验收、撰写课程设计报告。

(注意事项:严禁抄袭,一旦发现,一律按0分记)指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日进程同步模拟设计——生产者和消费者问题1课设任务本课程设计的任务在于,通过编写一个具体的有关操作系统进程同步互斥的经典问题,加强对操作系统实现进程间同步与互斥的机制的理解。

同时培养提出问题、发现知识、使用工具、解决问题的能力。

具体地,我们要编制出一个程序,利用PV原语以及进程创建、同步、互斥、销毁等相关的系统调用来模拟“生产者—消费者”问题。

2背景介绍2.1“生产者—消费者”问题(the producer-consumerproblem)问题描述:一组生产者向一组消费者提供消息,它们共享一个有界缓冲区n,生产者向其中投放消息,消费者从中取得消息。

操作系统之生产者消费者问题(c++实现)

操作系统之生产者消费者问题(c++实现)
void info()//程序提示信息
{
std::cout<<"* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - *"<<std::endl;
std::cout<<"|课程设计课题:生产者-消费者问题的模拟实现|"<<std::endl;
std::cout<<"|指导老师:李先锋|"<<std::endl;
bool g_continue = 1;//控制程序运行:1表示继续运行?0表示停止运行
HANDLE g_hMutex;//线程间的互斥信号量
HANDLE g_hFullSemaphore;//资源信号量:缓冲区满
HANDLE g_hEmptySemaphore;//资源信号量:缓冲区空
DWORD WINAPI Producer(LPVOID);//生产者线程
std::cout<<"|学生:丁可|"<<std::endl;
std::cout<<"|班级: B计123班|"<<std::endl;
std::cout<<"* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - *"<<std::endl;
std::cout<<" ==》按回车开始该程序"<<std::endl;
getchar();
}
/*----------------------------程序提示信息结束------------------------------*/

操作系统_生产者与消费者问题的实现

操作系统_生产者与消费者问题的实现
shm_unlink("/shm"); /*删除共享内存区,程序中基本上保证了子进程先退出,因此父进程中无wait操作且这部操作放在父进程这里*/
//shmctl(shmid,IPC_RMID,&buf);
//del_sem(semid);
return 0;
}
/*生产者写5次后退出*/
void producer(key_t keyFull, key_t keyEmpty)
empty Write P1 : 2
empty Write P2 : 4
in = 0
Write : 5
full Write V1 : 0
full Write V2 : 0
full Read P2 : 0
out = 0
Read : 5
empty Read V1 : 4
empty Read V2 : 5
Write : 7
full Write V1 : 0
full Write V2 : 0
full Read P2 : 0
out = 2
Read : 7
empty Read V1 : 4
empty Read V2 : 5
Read Finish
p(empty); /*是否有空缓冲区,有则占有,无则被挂起,是原子操作*/
printf("empty Write P2 : %d\n", semctl(empty, 0, GETVAL, 0));
value_write++;
in = in++;
pData[in] = value_write;
in = in % 5;
printf("full Write V2 : %d\n", semctl(full, 0, GETVAL, 0));

生产者,消费者问题

生产者,消费者问题

实训二操作系统中的经典线程同步问题一、实训目的:1、通过对“生产者-消费者”问题编程实现,了解线程创建、同步信号量、互斥信号量、临界区的创建和使用。

2、了解线程互斥和同步机制。

3、了解PV 原语和信号量在线程互斥和同步机制中的运用。

二、实训环境:一台PC 机/人三、预习内容:1、进程的控制。

2、进程同步。

3、本实验内容主要对应于教材第 2 章中关于进程的各节四、实训内容:1、编写进程控制程序并运行,理解进程控制的各操作。

2、生产者和消费者问题,本实验用到几个API 函数:CreatThread, CreatMutex, CreatSemaphore, WaitForSingleObject, ReleaseSemaphore, ReleaseMutex, InitializeCriticalSection, EnterCriticalSection, LeaveCriticalSection这些函数的作用:CreatThread: 创建一个线程,该线程在调用进程的地址空间中执CreatMutex : 产生一个命名的或者匿名的互斥量对象。

WaitForSingleObject (对应p 操作)锁上互斥锁,ReleaseMutex (对应v 操作)打开互斥锁。

CreateSemaphore:创建一个命名的或者匿名的信号对象信号量可以看作是在互斥量上的一个扩展。

WaitForSingleObject :使程序处于等待状态,直到信号量(或互斥量)hHandle出现或者超过规定的等待最长时间,信号量出现指信号量大于或等于1,互斥量出现指打开互斥锁。

在返回之前将信号量减1或者锁上互斥锁。

Releasesemaphore将所指信号量加上指定大小的一个量,执行成功,则返回非0值。

ReleaseMutex :用来打开互斥量,即将互斥量加1。

成功调用则返回0。

InitializeCriticalSection :该函数初始化临界区对象。

操作系统实验报告 经典的生产者—消费者问题

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。

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#。

六、生产者与消费者的思路和设计1、程序流程图(1) 生产者.(2) 消费者2、主要程序代码//初始化变量private void Form1_Load(object sender, EventArgs e){mutex = 1; //互斥信号量full = 0; //缓冲池中满缓冲区的数量empty = 5;//缓冲池中空缓冲区的数量count1 = 0;//生产的产品数目i = 0;lb_mutex.Text = "1";lb_full.Text = "0";lb_empty.Text = "5";}//消费者从缓冲区中消费一个产品private void consumer_Click(object sender, EventArgs e){if (full > 0){ //消费者已进入互斥临界区if (mutex == 1) //申请进入临界区{mutex = 0; //消费者已进入互斥临界区lb_mutex.Text = "0";timer_consumer.Enabled = true;//启动消费者消费缓冲区产品}else{MessageBox.Show("缓冲区被占用,请等待。

操作系统之进程(生产者---消费者)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。

PV操作解决生产者——消费者问题

PV操作解决生产者——消费者问题
}
public synchronized void consume() { // 实现消费的函数 // 唤醒生产者 this.notifyAll(); // 判断队列是否为空 while (queue.size() == 0) {
-5-
output(Thread.currentThread().getName() + " 消费队列空!等 待中…………"+"\n",
// 接口 public interface putmsg {
public void output(String msg, JTextArea textaera, JProgressBar jbr);
public void buffer(JTextField number); }
public Test2() { // 设置窗口大小 setSize(600, 600); // 设置窗口的位置,距离左上角(100,100) setLocation(100, 100); // 设置默认关闭,右上角的的叉关闭 setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); // 调用函数 layoutPanel2() textbox = new JTextField("10", 2); layoutPanel2(); // 设置布局方式为边界布局,就是上下左右中也可以说东南西北中 setLayout(new BorderLayout());
-2-
产者消费者进程。随机数0执行生产者线程,随机数1执行生产者线程。至于PV 算法的实现是利用buffer_empty和buffer_full来进行控制,buffer_empty的值 可以看做资源量,只有空的数值大于0才可以进行生产,buffer_full的数值与 buffer_empty的值有对应的关系,利用buffer_full来控制消费的进行。最后, 在缓冲区操作临界资源PC_Buffer来说利用 EnterCriticalSection(&PC_Buffer );//等待共享资源 LeaveCriticalSection(&PC_Buffer );//释放共享资源来进行缓冲区操作的控 制。总之当程序读入测试文件中的数据时,便根据读入的字符时C还是P创造相应 的进程,在分配EMPTY或者FULL资源,然后等待共享资源PC_Buffer,得到后便进 行操作。最后读入所有的数据,完成所有进程的操作。

计算机操作系统pv操作

计算机操作系统pv操作

引言概述计算机操作系统中的PV操作是进程同步和互斥的重要手段,用于解决多个进程共享资源时可能引发的竞争条件和死锁问题。

PV操作是通过对进程间的信号量进行操作来实现的。

本文将详细介绍PV 操作的定义、原理和应用场景,并通过分析五个大点来深入探讨PV 操作的实现和特性。

正文内容一、PV操作的定义和原理1.PV操作简介:PV操作是一种用于进程间同步和互斥的机制,主要包括两个操作——P操作(等待)和V操作(发出信号)。

2.P操作原理:进程执行P操作时,会判断信号量的值是否大于0,若大于0则将其减一;若等于0则进程被阻塞,等待信号量的值大于0。

3.V操作原理:进程执行V操作时,会将信号量的值加一;如果有阻塞的进程,会唤醒其中一个进程。

4.PV操作的互斥性:PV操作可以实现进程对共享资源的互斥保护,即只允许一个进程访问资源。

5.PV操作的同步性:PV操作可以实现进程之间的同步,即某个进程需要等待其他进程执行完相应操作后再进行操作。

二、PV操作的应用场景1.生产者消费者问题:通过使用信号量来解决生产者和消费者之间的同步和互斥问题,确保生产者和消费者能够正确地访问共享缓冲区。

2.读者写者问题:通过使用信号量来解决多个读者和一个写者之间的同步和互斥问题,确保读者和写者能够正确地访问共享资源。

3.互斥访问共享资源:通过使用信号量来保证多个进程对共享资源的互斥访问,防止竞争条件的发生。

4.进程间的消息传递:通过使用信号量来实现进程间的同步和消息传递,确保消息的正确发送和接收。

5.进程的顺序执行:通过使用信号量来控制进程的执行顺序,确保某些进程按照特定的顺序执行。

三、PV操作的实现方式1.信号量的定义和初始化:在操作系统中,信号量是由一个整数值和一个相关的进程等待队列组成。

需要在创建信号量时对其进行初始化。

2.P操作的实现:P操作需要对信号量的值进行判断,若大于0则执行减一操作;若等于0则将进程加入等待队列,进入阻塞状态。

操作系统中的进程间通信与同步机制

操作系统中的进程间通信与同步机制

操作系统中的进程间通信与同步机制在计算机领域中,操作系统是一个必不可少的软件,它管理着计算机硬件和软件资源,并且为用户和应用程序提供了一个运行环境。

而进程是操作系统中执行中的程序实例,它是计算机资源分配、调度和执行的基本单位。

在一个操作系统中,多个进程常常需要进行通信和同步,以便进行数据传递和协调工作。

本文将讨论操作系统中的进程间通信与同步机制。

一、进程间通信(IPC)进程间通信,简称IPC(Inter-Process Communication),是指不同进程之间相互交换数据和信息的一种机制。

它允许进程之间共享资源、传递消息和协调活动。

在操作系统中,有几种常见的IPC机制,包括管道、共享内存、消息队列和套接字等。

1. 管道(Pipe)管道是一种最简单的进程间通信机制,它创建了一个字节流管道,一个进程的输出可以直接作为另一个进程的输入。

在Unix/Linux系统中,使用pipe()系统调用创建一个管道,典型的管道用法是通过fork()系统调用创建一个子进程,其中一个进程通过管道向另一个进程传递数据。

2. 共享内存(Shared Memory)共享内存是一种进程间通信的高效机制,它允许多个进程访问同一个内存区域,从而实现数据的共享。

在操作系统中,使用共享内存可以显著提高进程间通信的速度。

常见的共享内存接口包括shmget、shmat和shmdt等。

3. 消息队列(Message Queue)消息队列是一种进程间通信的方式,它通过在消息队列中传递和接收消息来实现进程间的数据交换。

在操作系统中,消息队列常用于解决生产者-消费者问题,其中一个进程将数据发送到消息队列,另一个进程从消息队列中接收数据。

4. 套接字(Socket)套接字是一种进程间通信的通用机制,它允许不同计算机上的进程通过网络进行通信。

套接字可以进行不同类型的通信,包括面向连接的socket和面向无连接的socket。

在操作系统中,套接字常用于实现分布式系统和网络应用程序。

进程管理四经典进程同步问题PPT培训课件

进程管理四经典进程同步问题PPT培训课件

实现细节
03
哲学家就餐问题
问题在于,如果哲学家们不能正确地同步他们的行为,可能会产生死锁,即所有哲学家都在等待别人放下筷子,导致系统无法继续进行。
哲学家就餐问题是进程同步问题中的一个经典案例,描述了五个哲学家围坐在圆桌旁,思考和进餐的行为。
哲学家的思考和进餐行为需要相邻的哲学家配合,如果一个哲学家左边和右边的哲学家都在进餐,则该哲学家可以拿起筷子开始进餐。
初始化信号量
01
设置初始值为缓冲区的空闲数量和总容量。
生产者进程
02
生成数据后,通过P操作减少空闲位置的信号量;将数据放入缓冲区;通过V操作增加空闲位置的信号量,通知消费者进程可以取数据。
消费者进程
03
通过P操作减少有数据的信号量;从缓冲区中取出数据进行处理;通过V操作增加有数据的信号量,通知生产者进程可以生产数据。
问题描述
解决方案
使用信号量机制:通过设置两个信号量,一个用于控制缓冲区的空闲数量,另一个用于控制缓冲区的总容量。
生产者进程在生产数据后,需要等待缓冲区有空闲位置才能放入数据;消费者进程在取出数据前,需要等待缓冲区中有数据才能进行。
通过信号量的操作来控制进程的同步和互斥,确保数据的安全传输。
五位哲学家围坐在圆桌旁,思考和进食。每两位哲学家之间有一把叉子。如何避免死锁,使得每位哲学家都能够正常地思考和进食?
当一个进程请求资源时,系统需要决定是否分配资源。银行家算法通过检查是否安全来决定是否分配资源,以避免死锁。如何实现银行家算法?
读者-写者问题
哲学家就餐问题
银行家算法
进程同步的经典问题
在实现过程中还需要考虑异常处理和日志记录等方面,以确保程序的健壮性和可维护性。
实现细节

进程管理四经典进程同步问题

进程管理四经典进程同步问题

1. AND型信号量集
AND型信号量集用于同时需要多种资源且每种占用一个时的信 号量操作; • 问题:一段处理代码需要同时获取两个或多个临界资源―― 可能死锁:各进程分别获得部分临界资源,然后等待其余的 临界资源,"各不相让" • 解决方法:在一个wait原语中,将一段代码同时需要的多个 临界资源,要么全部分配给它,要么一个都不分配。称为 Swait(Simultaneous Wait)。 • 在Swait时,各个信号量的次序并不重要,虽然会影响进程归 入哪个阻塞队列。由于是对资源全部分配或不分配,所以总 有进程获得全部资源并在推进之后释放资源,因此不会死锁。
怎样判断有没有读者在读?
增加一个公共变量Readcount,表示当前有 几个读者进程在读。
新来一个读者进程,Readcount加1; 撤销一个读者进程,Readcount减1; 第一个读者:阻塞所有写者进程;允许其他读者进程执行。 最后一个读者:唤醒可能的写者进程。 Readcount成为临界资源,必须互斥访问: 增加互斥信号量Rmutex
需要注意: 原先处于阻塞状态的进程,被唤醒后,从何处开始执行? 与 记录型信号量机制有何不同?
15
生产者-消费者问题 - AND型信号量机制
• 若不愿意考虑wait操作的先后顺序,也可用AND型信号 量来实现。 • 生产者进程中: – 用Swait(empty,mutex)代替wait(empty)和wait(mutex), – 用Ssignal(mutex,full)代替signal(mutex)和signal(full) • 消费者进程中 – 用Swait(full,mutex)代替wait(full)和wait(mutex), – 用Ssignal(mutex,empty)代替signal(mutex)和 signal(empty)

计算机操作系统复习题目(2)

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。

生产者—消费者之间设置一个具有n个缓存区的缓冲池,生产者进程将他所生产的产品放

生产者—消费者之间设置一个具有n个缓存区的缓冲池,生产者进程将他所生产的产品放

生产者—消费者之间设置一个具有n个缓存区的缓冲池,生产者进程将他所生产的产品

生产者到消费者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。

生产者消费者问题操作系统课程设计

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 (1)2 生产者——消费者问题。

(2)2.1 要求 (2)2.2 生产者和消费者两个进程的程序 (2)2.3进程控制块PCB。

(3)2.4处理器的模拟。

(3)2.5程序设计 (3)3设计步骤 (4)3.1课程分析 (5)3.1.2 流程图 (5)3.1.3 测试程序 (7)3.1.4测试结果分析 (12)5 结论 (12)参考文献 (13)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,那么消费者进程将被阻塞,直到新的物品被生产出来。

1.2 P V 操作(1) PV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。

计算机操作系统中生产者_消费者问题分析

计算机操作系统中生产者_消费者问题分析

第 斥地使用,生产者之间也需要互斥地使用,消费者和
三 生产者之间也需要互斥地使用,这时设置两个信号量
二 s1,s2 实现同步,例外设置 S 信号,代表 buffer 这种临 一 界资源,用于互斥,称之为互斥信号量。 期

趫趯 M O D E R N C OM P U T E R 2009.12
(2)实现流程
在信号量机制中,除了需要一个用于代表资源数
在多道程序环境下, 系统中可能存在许多的进
目的整型变量 value 外,还应增加一个进程链表 L,用
程,在这些进程之间必定存在一些制约关系,这种制
于链接上述的所有等待进程。 记录型信号量是由于它
约关系表现为以下两种形式:①资源共享关系。 进程
采用了记录型的数据结构而得名的。 它所包含的上述
研究与开发
计算机操作系统中生产者-消费者问题分析
徐 曼 1 , 孙曼曼 2
(1. 河北大学人民武装学院, 河北 050061; 2. 河北师范大学附属民族学院, 石家庄 050091)
摘 要: 操作系统中引入进程使得计算机系统性能得到很大提升,系统中同时存在多个进程,它 们彼此独立,各自按照自己的方式运行,同时共享系统中的资源,其中重点问题是进程 间的同步。 针对进程同步中的经典同步问题— ——生产者-消费者 问 题进 行 详 细分 析 ,并 采用信号量机制实现其同步。
Abstract: The operating system is introduced in the process of making a big computer system performance upgrade system, there are multiple processes at the same time, they are independent of one another, each according to its own run, and they also share system resources, and the key problems is the inter-process synchronization. Aiming on the process of synchronization of the classic synchronization problem— ——producers and consumers problem, conducts a detailed analysis, and uses semaphore mechanism to realize its synchronization.

进程的同步实验报告

进程的同步实验报告

操作系统实验报告哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院进程的同步一.实验概述1.实验名称:进程的同步2.实验目的:1)使用EOS 的信号量,编程解决生产者—消费者问题,理解进程同步的意义;2)调试跟踪EOS 信号量的工作过程,理解进程同步的原理;3)修改EOS 的信号量算法,使之支持等待超时唤醒功能(有限等待),加深理解进程同步的原理。

3.实验类型:验证+设计4.实验内容:1)准备实验2)使用EOS 的信号量解决生产者-消费者问题3)调试EOS 信号量的工作过程4)修改EOS 的信号量算法二.实验环境操作系统:windows XP编译器:Tevalaton OS Lab语言:C三.实验过程1.设计思路和流程图2.实验过程1)准备实验,启动OS Lab,新建一个EOS Kernel项目和EOS应用程序,将EOS Kernel 项目中生成的SDK文件覆盖到ROS应用程序项目文件夹中的SDK文件夹;2)使用pc.c文件中的源代码,替换之前创建的EOS应用程序项目中EOSApp.c文件中的代码,并生成项目,启动调试,忽略调试的异常,立即激活虚拟机窗口中查看生产者-消费者同步执行的过程,结束此次调试;3)信号量结构体(SEMAPHORE)中的各个成员变量是由API 函数CreateSemaphore 的对应参数初始化的。

创建信号量,启动调试EOS应用程序,在OS Lab弹出的调试异常对话框中选择“是”,进入异常调试,在main函数中创建Empty信号量的代码行添加断点;EmptySemaphoreHandle = CreateSemaphore(BUFFER_SIZE, BUFFER_SIZE, NULL);4)启动调试,逐语句调试进入CreateSemaphore 函数。

可以看到此API 函数只是调用了EOS内核中的PsCreateSemaphoreObject 函数来创建信号量对象,继续逐语句调试试进入semaphore.c 文件中的PsCreateSemaphoreObject 函数。

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#include<stdio.h>#include<time.h>#include<unistd.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>#include<sys/sem.h>#define NEED_P 2 //宏定义生产者个数,2个#define NEED_C 2 //宏定义消费者个数,2个#define WORKS_P 10#define WORKS_C 10#define BUF_LENGTH(sizeof(struct(mybuffer)) //宏定义缓冲区大小#define BUF_NUM 10#define SHM_MODE 0600 //宏定义创建和访问标志#define SEM_ALL_KEY 2411#define SEM_EMPTY 0#define SEM_FULL 1//缓冲区结构(循环队列)struct mybuffer //定义共享缓冲区结构{char letter[BUF_NUM];int head;int tail;int is_empty; //判断缓冲区是否为空的标志};//得到-5的一个随机数,产生延迟时间int get_random(){int t;srand((unsigned)(getpid() + time(NULL)));t=rand()%5;return t;}//得到一个随机字符,模拟生产者产生的进程char get_char(){char a;srand((unsigned)(getpid() + time(NULL)));a =(char)((char)(rand()%26)+'A');}//P操作,获得使用权void p(int sem_id,int sem_num){struct sembuff pc;pc.sem_num=sem_num;pc.sem_op=-1;pc.sem_flg=0;semop(sem_id,&pc,1);}//V操作,释放使用权void v(int sem_id,int sem_num){struct sembuf pc;pc.sem_num=sem_num;pc.sem_op=1;pc.sem_flg=0;semop(sem_id,&pc,1);}int main(int argc,char* argv[]){int i,j;int shm_id,sem_id; //定义共享内存段标识变量shm_id,定义信号量标识变量sem_id int num_p=0,num_c=0; //定义生产者和消费者的个数变量,初始化为struct mybuffer* shmptr; //指向缓冲区结构的指针char lt; //随机字符,代表产生的进程time_t now; //时间变量pid_t pid_p,pid_c; //进程pid变量sem_id=semget(SEM_ALL_KEY,2,IPC_CREATE|0600); //创建两个信号量, empty, fullIF(sem_id>=0)printf("Main process starts.Semaphore create.\n");semctl(sem_id,SEM_EMPTY,SETVAL,BUF_NUM); //索引为SEM_EMPTY的信号量的值semctl(sem_id,SEM_FULL,SETVAL,0); //索引为SEM_FULL的信号量的值if((shm_id=shmget(IPC_PRIVATE,BUF_LENGTH,SHM_MODE))<0)//申请一个共享主存段,大小为缓冲区大小{printf("Error on shmget.\n");exit(1); //失败退出}if((shmptr=shmat(shm_id,0,0))==(void*)-1) //将共享段与进程相连{printf("Error on shmat.\n");exit(1); //失败退出}shmptr->head=0; //初始化缓冲区shmptr->tail=0;shmptr->is_empty=1;while((num_p++)<NEED_P) //循环创建个生产者{if((pid_p=fork())<0) //创建一个进程{printf("Error on fork\n");exit(1); //失败退出}if(pid_p==0) //如果是子进程,开始创建生产者{if(shmptr=shmat(shm_id,0,0)==(void*)-1) //将共享段与本进程相连{printf("error on shmat\n");exit(1);}for(i=0;i<WORKS_P;i++){p(sem_id,SEM_EMPTY); //p操作,申请使用权,p(empty)sleep(get_random()); //随机等待一段时间shmptr->letter[shmptr->tail]=lt=getchar(); //在缓冲队列里面放入一个进程shmptr->tail=(shmptr->tail+1)%BUF_NUM;shmptr->is_empty=0; //更新缓冲区状态为满now=time(NULL); //取得系统时间printf("%02d:%02d:%2d\t",localtime(&now)->tm_hour,locationtimr(&now)->tm_min,l ocaltime()&now->tm_sec);for(j=(shmptr->tail-1>=shmptr->head)?shmptr->tail-1):(shmptr->tail-1+BUF_NUM);!(shmptr->is_empty)&&j>=shmptr->head;j--){printf("%c",shmptr->letter[j%BUF_NUM]);}printf("\tProducer%dputs'%c'.\n",num_p,lt);fflush(stdout);v(sem_id,SEM_FULL);}shmdt(shmptr); //将共享段与进程之间解除链接exit(0); //子进程终止}}while(num_c++<NEED_C) //循环创建NEED_C个生产者{if((pid_c=fork())<0) //创建一个子进程{printf("Error on fork\n");exit(1);}//如果是子进程,开始创建消费者if(pid_c==0){if((shmptr=shmat(shm_id,0,0)==(void*)-1){printf("Error on shmat\n");exit(1);}for(i=0;i<WORKS_C;i++) //循环WORKS_C次{p(sem_id,SEM_FULL); //p操作,p(full),实现同步sleep(get_random()); //随机等待一段时间lt=shmptr->letter[shmptr->head]; //得到读取的产品标示字符shmptr->head=(shmptr->head+1)%BUF_NUM;shmptr->is_empty=(shmptr->head==shmptr->tail); //更新缓冲区进程状态now=time(NULL); //得到系统时间printf("%02d:%02d:%2d\t",localtime(&now)->tm_hour,locationtimr(&now)->tm_min,l ocaltime()&now->tm_sec);for(j=(shmptr->tail-1>=shmptr->head)?shmptr->tail-1): // 输出缓冲区状态(shmptr->tail-1+BUF_NUM);!(shmptr->is_empty)&&j>=shmptr->head;j--){printf("%c",shmptr->letter[j%BUF_NUM]);}printf("\tConsumer%dputs'%c'.\n",num_c,lt);fflush(stdout); //清除文件缓存区v(sem_id,SEM_Empty);}shmdt(shmptr); //解除共享段与本进程的连接exit(0);}}while(wait(0)!=-1); //等待子进程结束shmdt(shmptr); //接触父进程和共享段的连接shmctl(sem_id,IPC_RMID,0); //删除共享内存段demctl(sem_id,IPC_RMID,0);printf("Main process ends\n");fflush(stdout); //清除文件缓存区exit(0);}。

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