实验二生产者和消费者

1.1 实验目标

掌握操作系统对进程管理的同步和互斥问题，以经典同步问题“生产者和消费者”为例，运用所学C语言知识，编写该问题的模拟运行环境。

1.2 实验环境

教学机房，C语言程序平台。

1.3 实验内容及步骤

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;

3.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。

#include

#include

#include

#define P(S) WaitForSingleObject(S,INFINITE)//定义Windows下的P操作

#define V(S) ReleaseSemaphore(S,1,NULL)//定义Windows下的V操作

#define rate 1000

#define CONSUMER_NUM 10 /*消费者个数*/

#define PRODUCER_NUM 10 /*生产者个数*/

#define BUFFER_NUM 4 /*缓冲区个数*/

typedef HANDLE Semaphore; //信号量的Windows原型

char *thing[10]= {"物品1","物品2","物品3","物品4","物品5",

"物品6","物品7","物品8","物品9","物品10"};

struct Buffer

{

int product[BUFFER_NUM]; //缓冲区

int start,end; //两个指针

}g_buf; Semaphore g_semBuffer,g_semProduct,g_mutex;

//消费者线程

DWORD WINAPI Consumer(LPVOID para)

{

int i=*(int *)para; //i表示第i个消费者

int ptr,j; //待消费的内容的指针

Sleep(100);

while(1)

{

P(g_semProduct); //有产品，先锁住缓冲区

P(g_mutex); //记录消费的物品

ptr=g_buf.start; //再移动缓冲区指针

g_buf.start=(g_buf.start+1)%BUFFER_NUM;

V(g_mutex); //让其他消费者或生产者使用 g_buf

printf("消费者%d:消费了buf[%d]里的=%s\n",i,ptr,thing[g_buf.product[ptr]]);

Sleep(rate*rand()%10+110);

//消费完毕，并释放一个缓冲

V(g_semBuffer);

if(j++>30)break;

}

getchar();

return 0;

}

// 生产者线程

DWORD WINAPI Producer(LPVOID para)

{

int i=*(int *)para-CONSUMER_NUM;

int ptr;

int data; //产品

Sleep(100);

while(1)

{

Sleep(rate*rand()%10+110);

data=rand()%10;

//等待存放空间

P(g_semBuffer); //有地方，先锁住缓冲区

P(g_mutex);

// 记录消费的物品

ptr=g_buf.end;

// 再移动缓冲区指针

g_buf.end=(g_buf.end+1)%BUFFER_NUM;

//让其他消费者或生产者使用 g_buf

V(g_mutex);

printf("生产者%d:在buf[%d]里放入了%s\n",i,ptr,thing[data]);

g_buf.product[ptr]=data;

Sleep(rate/2*rand()%10+110);

//放好了完毕，释放一个产品

V(g_semProduct);