操作系统实现生产者消费者问题

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操作系统实验三生产者——消费者问题

操作系统实验三：生产者——消费者问题一、基本信息xxx 711103xx 2012年4月29日二、实验目的通过实验，掌握Windows和Linux环境下互斥锁和信号量的实现方法，加深对临界区问题和进程同步机制的理解，同时巩固利用Windows API和Pthread API进行多线程编程的方法。

三、实验内容1. 在Windows操作系统上，利用Win32 API提供的信号量机制，编写应用程序实现生产者——消费者问题。

2. 在Linux操作系统上，利用Pthread API提供的信号量机制，编写应用程序实现生产者——消费者问题。

3. 两种环境下，生产者和消费者均作为独立线程，并通过empty、full、mutex 三个信号量实现对缓冲进行插入与删除。

4. 通过打印缓冲区中的内容至屏幕，来验证应用程序的正确性。

四、实验步骤1. 创建3个信号量：Mutex、Full、Empty2. 主程序创建10个生产者线程和10个消费者线程，之后休眠一段时间3. 生产者线程中，休息一段2s后，生产一个0~10的随机数放入缓冲区里。

利用信号量Mutex产生对缓冲区使用的互斥功能，利用Empty和Full信号量来对缓冲区进行增加项4. 消费者线程中，休息4s时间后，消费一个缓冲区的数据。

利用信号量Mutex产生对缓冲区使用的互斥功能，利用Empty和Full信号量来对缓冲区进行增加项5. 主程序执行一段时间后，结束整个程序五、主要数据结构及其说明产品数量最大值const int MAX_SIZE = 10;缓冲区：int buffer[BUFFER_SIZE];int front; int rear; bool full;三个互斥信号量：HANDLE Mutex; HANDLE Full; HANDLE Empty;有关操作：用WaitForSingleSignal函数可以获得一个Mutex的所有权，类似于P 操作，而ReleaseMutex函数可以释放一个Mutex的所有权，类似于V 操作。

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。

操作系统实验报告生产者消费者问题

操作系统课程设计一．实验目标完成N个生产者和M个消费者线程之间的并发控制，N、M不低于30，数据发送和接收缓冲区尺寸不小于20个（每个产品占据一个）。

其中生产者线程1、3、5、7、9生产的产品供所有奇数编号的消费者线程消费，只有所有奇数编号的消费者线程都消费后，该产品才能从缓冲区中撤销。

其中生产者线程2、4、6、8、10生产的产品所有偶数编号的消费者线程都可消费，任一偶数编号消费者线程消费该消息后，该产品都可从缓冲区中撤销。

其中11-20号生产者线程生产的产品仅供对应编号的消费者线程消费。

其他编号生产者线程生产的产品可由任意的消费者线程消费。

每个生产线程生产30个消息后结束运行。

如果一个消费者线程没有对应的生产者线程在运行后，也结束运行。

所有生产者都停止生产后，如果消费者线程已经没有可供消费的产品，则也退出运行。

二．实验原理2.1原理生产者与消费者线程采用posix互斥锁机制进行互斥进入各自的代码段，只有采用互斥锁临界区代码段才可以不被打扰的执行；同步机制采用的是posix条件变量pthread_cond_wait和pthraed_cond_signal进行同步的。

线程间的通信采用的是共享内存机制。

（注：所有的共享内存块是在进程里建立的，线程只需链接上各自的共享内存块即可，每一块共享内存的大小是100）. 在这里共享内存设置成一个100的数组。

具体实施：（1）为1.3.5.7.9建立一个共享内存1号，1.3.5.7.9生产者线程生产的产品都放入这块共享内存缓冲区，所有奇数的消费者线程要消费的话，只需在消费者线程中链接上这块共享内存，就可以直接消费1.3.5.7.9生产者线程生产的产品。

（2）为2.4.6.8.10建立一块共享内存2号。

2.4.6.8.10生产的产品都放入2号共享内存缓冲区，所有的偶数的消费者线程只要链接上2号缓冲区，就可以消费2.4.6.8.10生产的产品。

当偶数消费者线程消费产品后，产品即可从缓冲区撤销，方法是在消费线程里将消费的产品在共享内存数组里置0。

操作系统中的经典问题——生产者消费者问题（两种方式实现）

操作系统中的经典问题——⽣产者消费者问题（两种⽅式实现）操作系统中的经典问题——⽣产者消费者问题（两种⽅式实现）1、问题引⼊：什么是⽣产者消费者问题？⽣产者消费者问题（英语：Producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（英语：Bounded-buffer problem），是⼀个多线程同步问题的经典案例。

该问题描述了共享固定⼤⼩缓冲区的两个线程——即所谓的“⽣产者”和“消费者”——在实际运⾏时会发⽣的问题。

⽣产者的主要作⽤是⽣成⼀定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。

与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。

该问题的关键就是要保证⽣产者不会在缓冲区满时加⼊数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。

.要解决该问题，就必须让⽣产者在缓冲区满时休眠（要么⼲脆就放弃数据），等到下次消费者消耗缓冲区中的数据的时候，⽣产者才能被唤醒，开始往缓冲区添加数据。

同样，也可以让消费者在缓冲区空时进⼊休眠，等到⽣产者往缓冲区添加数据之后，再唤醒消费者。

通常采⽤进程间通信的⽅法解决该问题。

如果解决⽅法不够完善，则容易出现死锁的情况。

出现死锁时，两个线程都会陷⼊休眠，等待对⽅唤醒⾃⼰。

该问题也能被推⼴到多个⽣产者和消费者的情形。

2、问题分析该问题需要注意的⼏点：1. 在缓冲区为空时，消费者不能再进⾏消费2. 在缓冲区为满时，⽣产者不能再进⾏⽣产3. 在⼀个线程进⾏⽣产或消费时，其余线程不能再进⾏⽣产或消费等操作，即保持线程间的同步4. 注意条件变量与互斥锁的顺序由于前两点原因，因此需要保持线程间的同步，即⼀个线程消费（或⽣产）完，其他线程才能进⾏竞争CPU，获得消费（或⽣产）的机会。

对于这⼀点，可以使⽤条件变量进⾏线程间的同步：⽣产者线程在product之前，需要wait直⾄获取⾃⼰所需的信号量之后，才会进⾏product的操作；同样，对于消费者线程，在consume之前需要wait直到没有线程在访问共享区（缓冲区），再进⾏consume的操作，之后再解锁并唤醒其他可⽤阻塞线程。

操作系统生产者-消费者问题（PV操作）（Java实现）

操作系统⽣产者-消费者问题（PV操作）（Java实现）⼀、问题描述⼀组⽣产者进程和⼀组消费者进程共享⼀个初始为空、⼤⼩n的缓冲区，只有缓冲区没满时，⽣产者才能把资源放⼊缓冲区，否则必须等待；只有缓冲区不为空时，消费者才能从中取出资源，否则必须等待。

由于缓冲区是临界资源，它只允许⼀个⽣产者放⼊资源，或⼀个消费者从中取出资源。

⼆、问题分析（1）、关系分析。

⽣产者和消费者对缓冲区互斥访问是互斥关系，同时⽣产者和消费者⼜是⼀个相互协作的关系，只有⽣产者⽣产之后，消费者只能才能消费，它们还是同步关系。

（2）、整理思路。

只有⽣产⽣产者和消费者进程，正好是这两个进程存在着互斥关系和同步关系，即需要解决的是互斥和同步 PV 操作的位置。

（3）、信号量设置。

信号量 mutex 作为互斥信号量，⽤于控制互斥访问缓冲池，互斥信号量初值为1；信号量 full ⽤于记录当前缓冲池中的“满”缓冲池，初值为0；信号量 empty ⽤于记录当前缓冲池中“空“缓冲区数，初值为n。

三、代码实现import java.util.Scanner;public class ProCon {public static void main(String[] args){int producer,consumer;Scanner sc=new Scanner(System.in);System.out.print("请输⼊⽣产者数⽬：");producer=sc.nextInt();//输⼊⽣产者数量System.out.print("请输⼊消费者数⽬：");consumer=sc.nextInt();//输⼊消费者数量for(int i=0;i<producer;i++){new Thread(new Producer(),"⽣产者"+ Integer.toString(i)+"号").start();//创建⽣产者线程并开启}for(int j=0;j<consumer;j++){new Thread(new Consumer(),"消费者"+ Integer.toString(j)+"号").start();//创建消费者线程并开启}}}class Global{public static Semaphore empty=new Semaphore(3);//空闲缓冲区初始化为三public static Semaphore full=new Semaphore(0);//满缓冲区初始化为空public static Semaphore mutex=new Semaphore(1);//临界区互斥信号量public static int count=0;//count⽤于缓冲区中的进程进⾏计数//定时等待public static void timingwait(){try{Thread.sleep(2000);//Thread.Sleep()⽅法⽤于将当前线程休眠⼀定时间时间单位是ms,1s=1000ms}catch(InterruptedException e)//当使⽤ng.Thread类的sleep⽅法时，可能会导致线程阻塞，需要抛出InterruptedException(中断异常)异常{e.printStackTrace();}}}//⽣产者class Producer implements Runnable//Runnable接⼝创建新线程{@Overridepublic void run()//Runnable 接⼝可以被任何想要被⼀个线程运⾏的接⼝继承实现；继承 Runnable 接⼝的类必须有⼀个 run() ⽅法{Global.timingwait();Global.timingwait();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ⽣产出⼀个商品...");//Thread.currentThread().getName()获得当前执⾏的线程Global.empty.P();//获取空缓冲区单元Global.mutex.P();//进⼊临界区Global.timingwait();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 将产品放⼊缓冲区--缓冲区剩余 "+(++Global.count)+" 个产品");Global.mutex.V();//离开临界区，释放信号量Global.full.V();//满缓冲区数加⼀}}//消费者class Consumer implements Runnable{@Overridepublic void run(){Global.timingwait();Global.full.P();//获取满缓冲区单元Global.mutex.P();//进⼊临界区Global.timingwait();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 从缓冲区取出⼀个产品--缓冲区剩余 "+(--Global.count)+" 个产品");Global.mutex.V();//离开临界区，释放互斥信号量Global.empty.V();//空缓冲区加⼀System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 消费⼀个商品...");}}//信号量class Semaphore{public int value;public Semaphore(int value){super();this.value=value;}//P操作public synchronized final void P()//使⽤synchronized修饰的⽅法,叫做同步⽅法,保证A线程执⾏该⽅法的时,其他线程只能在⽅法外等着.{//被final修饰的⽅法是⼀个最终⽅法，不能被重写,重写会报错value--;if(value<0){try{this.wait();//当缓冲区已满/空时，⽣产者或消费者线程停⽌⾃⼰的执⾏，释放锁，使⾃⼰处于等待状态，让其它线程执⾏}catch(InterruptedException e)//当使⽤ng.Thread类的 wait⽅法时，可能会导致线程阻塞，需要抛出InterruptedException(中断异常)异常{e.printStackTrace();}}}//V操作public synchronized final void V(){value++;if(value<=0){this.notify();//当⽣产者或消费者向缓冲区放⼊或取出⼀个产品时，向其他等待的线程发出通知，同时释放锁，使⾃⼰处于等待状态，让其它线程执⾏。

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

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));

操作系统生产者消费者问题实验报告

操作系统生产者消费者问题实验报告实验名称:一、生产者-消费者问题的多线程解决方案二、设计一个执行矩阵乘法的多线程程序日期：20XX-10-22 班级：13级计科学号:姓名：一、实验目的1.掌握线程的同步与互斥2.掌握生产者消费者的实现问题3.掌握多线程的编程方法4.掌握矩阵乘法的基本计算原理以及实现二、实验内容1.生产者-消费者问题的多线程解决方案2.设计一个执行矩阵乘法的多线程程序三、项目要求与分析1．请查阅资料，掌握线程创建的相关知识以及矩阵乘法的相关知识，了解java语言程序编写的相关知识2．理解线程的实验步骤在本次试验中，以“生产者-消费者”模型为依据，提供了一个多线程的“生产者-消费者”实例，编写java代码调试运行结果，得出相应的结论。

理解矩阵乘法的实验步骤四、具体实现1.生产者-消费者实例（1）创建一个缓冲信息发送接收通道接口，并创建邮箱盒子类实现，主要代码如下：//通道接口public interface Channel{public abstract void send(Object item);public abstract Object receive();}//实现接口public class MessageQueue implements Channel{private Vector queue;public MessageQueue(){queue=new Vector();}public void send(Object item){queue.addElement(ite m);}public Object receive(){if(queue.size()==0)return null;elsereturn queue.remove(0);}}（2）创建一个工厂多线程类（启动生产者和消费者），并且添加main 函数进行测试，主要代码如下：//工厂类与主方法public class Factory{public Factory(){Channel mailBox=new MessageQueue();Thread producerThread=new Thread(new Producer(mailBox));Thread consumerThread=new Thread(new Consumer(mailBox));producerThread.start();consumerThread.start();}public static void main(String[] args){Factory server=new Factory();}（3）创建一个线程睡眠类，用于测试，主要代码如下：public class SleepUtilities{public static void nap(){nap(NAP_TIME);}public static void nap(int duration){int sleeptime = (int)(NAP_TIME * Math.random());try{ Thread.sleep(sleeptime*1000); }catch (InterruptedException e) {}}private static final int NAP_TIME = 5;（4）创建生产者类实现Runnable，主要代码如下：public class Producer implements Runnable{private Channel mbox;public Producer(Channel mbox){this.mbox=mbox;}public void run(){Date message;while(true){SleepUtilities.nap();message=new Date();System.out.println("Producer produced "+message);mbox.send(message);}}}（5）创建消费者类实现Runnable，主要代码如下：public class Consumer implements Runnable{private Channel mbox;public Consumer(Channel mbox){this.mbox=mbox;}public void run(){Date message;while(true){SleepUtilities.nap();message=(Date)mbox.receive();if(message!=null)System.out.println("Consumer consumed "+message);}}}（6）调试程序，运行结果：2.矩阵乘法实例（1）初始化矩阵(便于观察，这里使用随机数生成矩阵)，主要初始化代码如下matrix1 = new int[m][k];matrix2 = new int[k][n];matrix3 = new int[m][n];//随机初始化矩阵a,bfillRandom(matrix1);fillRandom(matrix2);static void fillRandom(int[][] x){for (int i=0; i<x.length; i++){for(int j=0; j<x[i].length; j++){//每个元素设置为0到99的随机自然数x[i][j] = (int) (Math.random() * 100);}}}（2）打印输出矩阵函数，主要代码如下：static void printMatrix(int[][] x){for (int i=0; i<x.length; i++){for(int j=0; j<x[i].length; j++) {System.out.print(x[i][j]+" ");}System.out.println("");}System.out.println("");}（3）创建多线程类，并实现Runnable接口同步对矩阵进行分行计算，主要代码如下：//创建线程,数量 <= 4for(int i=0; i<4; i++){if(index < m){Thread t = new Thread(new MyThread());t.start();}else{break;}synchronized static int getTask(){if(index < m){return index++;}return -1;}}class MyThread implements Runnable{int task;//@Overridepublic void run(){MultiThreadMatrix.threadCount++;while( (task= MultiThreadMatrix.getTask()) != -1 ){System.out.println("进程:"+Thread.currentThread().getName()+"\t开始计算第"+(task+1)+"行");for(int i=0; i<MultiThreadMatrix.n; i++){for(int j=0; j<MultiThreadMatrix.k;j++){MultiThreadMatrix.matrix3[task][i] += MultiThreadMatrix.matrix1[task][j] *MultiThreadMatrix.matrix2[j][i];}}}MultiThreadMatrix.threadCount--;}（4）通过不断改变矩阵大小，线程数目，，调试程序，运行结果：五、所遇问题与解决方法1.在生产者-消费者多线程试验中，刚开始没有考虑到使用线程睡眠，运行结果速度之快，没法观看数据变化，后面定义了睡眠控制，使得问题得以解决2.在多线程矩阵开发实验中，刚开始定义矩阵太小，测试结果不太明显，后面通过把矩阵改大，并且线程数目不断变化使得结果明显。

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）操作系统课程设计报告专业计算机科学与技术丁可b计123班1210704314李先锋2021年11月20日学生姓名班学级号指导教师顺利完成日期信息工程学院题目：生产者-消费者问题的演示同时实现一、设计目的本课程设计就是自学回去“操作系统原理”课程后展开的一次全面的综合训练，通过课程设计，更好地掌控操作系统的原理及同时实现方法，增进对操作系统基础理论和关键算法的认知，强化学生的动手能力。

二、设计内容1、详述用进程同步方法解决“生产者-消费者”问题，c或c++语言实现。

1、设计目的通过研究进程mammalian和信号量机制，同时实现生产者-消费者问题的mammalian掌控。

2、设计建议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/消费者进程的标识符。

表明：存有界缓冲区（提示信息：存有界缓冲区需用数组同时实现）内建有20个存储单元，放进/抽出的数据项预设为1-20这20个整型数。

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存有共享资源对缓冲区展开操作方式的函数代码。

2、设计原理在同一个进程地址空间内执行的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出一个空缓冲区。

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塞，直到新的物品被生产出来。

3、详细设计及编码定义两个信号量handleg_hfullsemaphore;//资源信号量：缓冲区八十handleg_hemptysemaphore;//资源信号量：缓冲区空unsignedshortin=0;//用于记录生产者的指针位置unsignedshortout=0;//用于记录消费者的指针位置handleg_hmutex;//线程间的互斥信号量生产者进程while(true){生产一个产品;p(g_hemptysemaphore);p(mutex1)；产品送往buffer（in）；in=(in+1)modn；v(mutex1);v(g_hfullsemaphore);}消费者进程while(true){p(g_hfullsemaphore);p(mutex2)；从buffer（out）中抽出产品；out=(out+1)modn；v（mutex2）；v(g_hemptysemaphore);（算法流程图、编程及程序注解等）主要的方法：4、运行结果分析1、运行示例在c++中运转源程序,程序主界面图片.按contrary及提出申请资源和缓冲区展开p操作方式和提出申请不相容(生产者和消费者都就是2个)（运行界面截图、界面说明、输入输出数据说明和分析等）附录代码：#include#includeconstunsignedshortsize_of_buffer=20;//有界缓冲区长度intg_buffer[size_of_buffer];//开拓缓冲区?用数组则表示?可以看作就是一个循环队列unsignedshortproductid=0;//崭新生产出的产品的产品号unsignedshortconsumeid=0;//被消耗的产品的产品号unsignedshortin=0;//产品进缓冲区时的缓冲区下标?用于记录生产者的指针位置unsignedshortout=0;//产品出缓冲区时的缓冲区下标?用于记录消费者的指针位置boolg_continue=1;//控制程序运行：1表示继续运行?0表示停止运行handleg_hmutex;//线程间的互斥信号量handleg_hfullsemaphore;//资源信号量：缓冲区八十handleg_hemptysemaphore;//资源信号量：缓冲区空dwordwinapiproducer(lpvoid);//生产者线程dwordwinapiconsumer(lpvoid);//消费者线程constunsignedshortproducers_count=2;//生产者的个数constunsignedshortconsumers_count=2;//消费者的个数constunsignedshortthreads_count=producers_count+consumers_count;//总线程数。

操作系统实验（生产者消费者问题java实现）

操作系统实验（生产者消费者问题java实现）一实验目的1 深刻理解进程同步的概念。

2 掌握经典同步问题，生产者——消费者问题。

二实验设备PC机三实验内容在Java开发平台模拟经典进程同步问题，生产者——消费者问题。

四程序的主要代码import java.awt.*;import javax.swing.*;import java.awt.event.*;public class PAC extends JFrame{protected JButton producer1,producer2,producer3,consumer1,consumer2,consumer3; protected JTextField blank1,blank2,blank3,blank4,blank5;int[] array = new int[5];public PAC(){JPanel p1 = new JPanel(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER,2,2));p1.add(producer1 = new JButton("生产者1"));p1.add(producer2 = new JButton("生产者2"));p1.add(producer3 = new JButton("生产者3"));JPanel p2 = new JPanel(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER,2,2));p2.add(new JLabel("缓冲区"));p2.add(blank1 = new JTextField(5));p2.add(blank2 = new JTextField(5));JPanel p3 = new JPanel(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER,2,2));p3.add(consumer1 = new JButton("消费者1"));p3.add(consumer2 = new JButton("消费者2"));p3.add(consumer3 = new JButton("消费者3"));JPanel p4 = new JPanel(new GridLayout(4,1,2,2));p4.add(new JLabel("阻塞队列"));p4.add(blank3 = new JTextField(5));p4.add(blank4 = new JTextField(5));p4.add(blank5 = new JTextField(5));JPanel p5 = new JPanel(new GridLayout(3,1,10,50));p5.add(p1);p5.add(p2);p5.add(p3);JPanel p6 = new JPanel(new BorderLayout(3,3));p6.add(p4,BorderLayout.EAST);p6.add(p5,BorderLayout.CENTER);setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER,10,20)); this.getContentPane().add(p6);producer1.addActionListener(new ActionListener(){ public void actionPerformed(ActionEvent e){wh(1);}});producer2.addActionListener(new ActionListener(){ public void actionPerformed(ActionEvent e){wh(2);}});producer3.addActionListener(new ActionListener(){ public void actionPerformed(ActionEvent e){wh(3);}});consumer1.addActionListener(new ActionListener(){public void actionPerformed(ActionEvent e){whh(1);}});consumer2.addActionListener(new ActionListener(){public void actionPerformed(ActionEvent e){whh(2);}});consumer3.addActionListener(new ActionListener(){public void actionPerformed(ActionEvent e){whh(3);}});}public void wh(int n){for(int i = 0;i < 5; i++){if(array[i] == 0 && array[2] < 0){switch(-array[2]){case 1:consumer1.setEnabled(true);break;case 2:consumer2.setEnabled(true);break;case 3:consumer3.setEnabled(true);break;}array[2] = array[3];array[3] = array[4];array[4] = 0;break;}else if(array[i] == 0 ){if(array[1] == 0){array[i] = n;break;}if(array[1] != 0){array[i] = n;switch(n){case 1:producer1.setEnabled(false);break;case 2:producer2.setEnabled(false);break;case 3:producer3.setEnabled(false);break;}break;}}}blank1.setText(" " + array[0]);blank2.setText(" " + array[1]);blank3.setText(" " + array[2]);blank4.setText(" " + array[3]);blank5.setText(" " + array[4]);}public void whh(int n){if (array[0] != 0){switch(array[2]){case 1:producer1.setEnabled(true);break;case 2:producer2.setEnabled(true);break;case 3:producer3.setEnabled(true);break;}for (int k = 0; k < 4; k++)array[k] = array[k + 1];array[4] = 0;}else{for (int k = 2; k < 5; k++){if (array[k] == 0){array[k] = -n;switch(n){case 1:consumer1.setEnabled(false);break;case 2:consumer2.setEnabled(false);break;case 3:consumer3.setEnabled(false);break;}break;}}}blank1.setText(" " + array[0]);blank2.setText(" " + array[1]);blank3.setText(" " + array[2]);blank4.setText(" " + array[3]);blank5.setText(" " + array[4]);}public static void main(String[] args){PAC frame = new PAC();frame.pack();frame.setTitle("生产者与消费者问题实验");frame.setSize(500,300);frame.setLocationRelativeTo(null);frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);frame.setVisible(true);}}/**生产者1、2、3分别生产数字1、2、3；消费者1、2、3的消费请求进入阻塞队列后分别对应-1、-2、-3。

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。

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本文介绍了操作系统课程设计中的生产者消费者问题。

生产者消费者问题是一种经典的同步问题，涉及到多个线程或进程的协作与同步。

在该问题中，有一定数量的生产者和消费者，它们共享一个有限的缓冲区。

生产者负责往缓冲区中添加数据，而消费者则负责从缓冲区中取出数据。

缓冲区的大小是有限的，当缓冲区已满时，生产者就需要等待，直到有消费者来取出数据；当缓冲区为空时，消费者也需要等待，直到有生产者添加数据为止。

为了解决生产者消费者问题，操作系统课程设计中通常采用信号量机制来进行同步和互斥。

生产者和消费者需要共享两个信号量：一个用来表示空闲缓冲区的数量，另一个用来表示有数据的缓冲区的数量。

当生产者添加数据时，需要使用信号量将空闲缓冲区的数量减1，然后将数据添加到缓冲区；当消费者取出数据时，需要使用信号量将有数据的缓冲区的数量减1，然后将数据从缓冲区中取出。

当缓冲区已满或为空时，线程需要进行等待，直到有信号量被释放。

操作系统课程设计中，生产者消费者问题可以作为实验来进行实践。

通过编写程序实现生产者消费者问题，可以加深对操作系统中同步和互斥的理解，同时也可以提高编程能力和解决问题的能力。

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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。

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#。

操作系统实验生产者与消费者问题

实验一生产者和消费者问题1、程序流程图2、源代码#include <windows.h>#include <iostream>const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 10;unsigned short ProductID = 0;unsigned short ConsumeID = 0;unsigned short in = 0;unsigned short out = 0;int g_buffer[SIZE_OF_BUFFER];bool g_continue = true;HANDLE g_hMutex;HANDLE g_hFullSemaphore;HANDLE g_hEmptySemaphore;DWORD WINAPI Producer(LPVOID);DWORD WINAPI Consumer(LPVOID);int main(){ 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);const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3;const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 1;const unsigned short THREADS_COUNT = PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;HANDLE hThreads[PRODUCERS_COUNT];DWORD producerID[CONSUMERS_COUNT];DWORD consumerID[THREADS_COUNT];for (int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;++i){hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);if (hThreads[i]==NULL) return -1;}for ( i=0;i<CONSUMERS_COUNT;++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;}void Produce(){ std::cerr << "Producing " << ++ProductID << " ... ";std::cerr << "Succeed" << std::endl;}void Append(){ std::cerr << "Appending a product ... ";g_buffer[in] = ProductID;in = (in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerr << "Succeed" << std::endl;for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i){std::cout << i <<": " << g_buffer[i];if (i==in) std::cout << " <-- 生产";if (i==out) std::cout << " <-- 消费";std::cout << std::endl;}}void Take(){ std::cerr << "Taking a product ... ";ConsumeID = g_buffer[out];out = (out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerr << "Succeed" << std::endl;for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i){std::cout << i <<": " << g_buffer[i];if (i==in) std::cout << " <-- 生产";if (i==out) std::cout << " <-- 消费";std::cout << std::endl; }}void Consume(){ std::cerr << "Consuming " << ConsumeID << " ... ";std::cerr << "Succeed" << std::endl;}DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara){ while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE);WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);Produce();Append();Sleep(1500);ReleaseMutex(g_hMutex);ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL);}return 0;}DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara){ while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE);WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);Take();Consume();Sleep(1500);ReleaseMutex(g_hMutex);ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL);}return 0;}3、实验结果3、实验心得通过做生产者消费者问题这个实验，让我更加明确了两者之间的联系和基本的同步互斥算法，了解多线程并发执行机制是怎样的，线程间的同步和互斥又是怎样的，还有缓冲区的在其中作用是什么。

操作系统实现生产者消费者问题

操作系统综合设计实现生产者消费者问题目录第一部分：实现生产者与消费者问题一、题目 (2)1、课程设计目的 (2)2、课程设计要求 (2)二、设计内容 (2)三、开发环境 (3)四、分析设计 (3)1、设计原理 (3)2、涉及的数据结构 (5)3、流程图 (6)五、运行示例及结果分析 (8)1、运行示例 (8)2、运行结果分析： (9)六、个人体会 (9)七、附录（源程序） (10)第一部分：实现生产者与消费者问题一、题目：实现生产者与消费者问题此问题是经典的进程同步互斥问题，问题描述参见教材第36页和第46页，要求编程实现，生产者放入产品的和消费者取走产品的速度可以调节。

1、课程设计目的：在我们所学的《操作系统》这门课程中，关于经典进程的同步问题进行了一定的描述和探讨，介绍了几个经典的算法，需要我们在实践中学会熟练运用。

在生产者与消费者问题中，需要我们了解进程同步的概念，理解信号量机制的原理，掌握运用信号量解决进程同步问题的方法，进而学会运用进程的同步与互斥解决生产者与消费者的冲突问题。

2、课程设计要求：生产者与消费者问题可以算作是经典进程同步问题的典型代表。

该课程设计要求运用基于单缓冲区和多缓冲区的生产者与消费者问题的多种实现机制,其中利用了数据结构中的循环队列和堆栈来模拟实现是一种比较容易实现的方法。

这种思想能够帮助我们更好的理解所学内容，并加以锻炼我们的动手实践能力,实现它内在具有的超强的参考价值和实践意义。

该课程设计通过了解进程间的两种制约关系，从而理解信号量机制；通过对实例的分析和讨论，理解信号量机制实现进程的同步及互斥的方法；通过对经典进程同步问题的剖析，初步掌握运用信号量解决进程同步问题的方法。

二、设计内容在同一个进程地址空间内执行的两个线程。

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出一个空缓冲区。

操作系统-生产者消费者问题

生产者消费者问题当缓冲区为空时，in与out在数值上相等；当缓冲区满时，in与out在数值上也相等。

那么，这就产生了不能判断的情况，不能通过in与out在数值上是否相等来判断缓冲区是否为空或者是否为满，本质上是循环队列产生的问题。

这种问题有很多解决方案，除了牺牲一个位置以外，增加一个标识、增加计数器或者用特殊值来表示等等都是可以的。

○ 方案一：增加计数器count1、操作count初始值为0；当生产者向缓冲区增加一项时，count自增1；当消费者从缓冲区移走一项时，count自减12、代码1）生产者while (true){while (count == BUFFER_SIZE); /* do nothing -- no free buffers */buffer[in] = nextProduced;in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;count ++;}2）消费者while (true){while(count == 0); /*do nothing -- nothing to consume */nextConsumed = buffer[out];out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;count --;}3、问题当生产者和消费者的代码并发执行时可能不能正确运行。

○ 方案二：利用flag作为标识1、操作使用布尔类型的变量full来表示缓冲区是否已满，当值为true表示缓冲区已满，当值为false表示缓冲区未满；初始值为false，在生产者向缓冲区中增加项时进行检查2、代码初始化：bool full = false;1）生产者while (true){while (full); /* do nothing -- no free buffers */buffer[in] = nextProduced;in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;if (in == out){full = true;}}2）消费者while (true){while(in == out && !full); /*do nothing -- nothing to consume */nextConsumed = buffer[out];out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;if (full){full = false;}}。

操作系统课程设计-管程的实现(生产者消费者问题)

操作系统课程设计2、管程的实现（生产者消费者问题）1.设计背景：管程是一种高级抽象数据类型，它支持在它的函数中隐含互斥操作。

结合条件变量和其他一些低级通信原语，管程可以解决许多仅用低级原语不能解决的同步问题。

例如，本实验中利用管程提供一个不会发生死锁的生产者消费者问题就是利用管程的很好的例子。

管程封装了并发进程或线程要互斥执行的函数。

为了让这些并发进程或线程在管程内互斥的执行，管程的实现必须隐含的具有锁或二值信号量。

如果没有条件变量，管程就不会有很有用，条件变量提供了一种对管程内并发协作进程的同步机制。

条件变量代表了管程中一些并发进程或线程可能要等待的条件。

一个条件变量管理着管程内的一个等待队列。

如果管程内某个进程或线程发现其执行条件为假，则该进程或线程就会被条件变量挂入管程内等待该条件的队列。

如果管程内另外的进程或线程满足了这个条件，则它会通过条件变量再次唤醒等待该条件的进程或线程，从而避免了死锁的产生。

所以，一个条件变量C应具有两种操作 C.wait()和C.signal()。

当管程内同时出现唤醒者和被唤醒者时，由于要求管程内的进程或线程必须互斥执行，因此就出现了两种样式的条件变量：Mesa Style(signal-and-continue): 唤醒者进程或线程继续执行，被唤醒者进程或线程等到唤醒者进程或线程阻塞或离开管程后再执行。

Hoare Style(signal-and-wait): 被唤醒者进程或线程立即执行，唤醒者进程或线程阻塞，直道被唤醒者阻塞或离开管程后再执行。

我们实验所做的就是在原来mesa样式的基础上进行Hoare样式的改进;这种样式也是我们实验中需要实现的样式。

2.设计目标验证并分析Nachos中Bridge管程是否能够正确的解决单行桥双向过桥问题。

定义和实现Hoare样式的条件变量Condition_H类利用Hoare样式的条件变量Condition_H,实现Ring类中定义的各个方法,使用Ring管程解决生产者/消费者问题。

操作系统实现生产者消费者问题

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