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;

begin

while true do

begin

produce a product;

P(empty);

P(mutex);

buffer(i):=product;

i:=(i+1) mod n;

V(mutex);

V(full);

end;

end;

Procedure consumer;

begin

P(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

#include

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handle

DWORD 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

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

hThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,& consumerID[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。简单模拟了一下，仅输出新产品的ID号