进程同步：实验报告

1．实验内容（进程的同步）

(1)阅读理解示例程序。

(2)说明示例程序是否能适合解决N个生产者和1个消费者问题，并设计实验验证

(3) 参照教材修改为N个生产者和1个消费者问题

(4) 思考N个生产者和M个消费者问题的解决方案（不要求）

(5) 利用信号量解决同步问题。

2．实验目的

通过程序模拟及验证生产者消费者问题等经典问题，深入理解并发中的同步和互斥的概念

3．实验原理

（1）进程概念：

（1.定义：程序的一次执行过程

（2.三种基本状态:就绪状态，执行状态，阻塞状态

（2）进程同步：

（1.定义：并发进程在执行次序上的协调，以达到有效的资源共享和相互合作，使程序执行有可再现性。

（2.两种形式的制约关系：（一：资源共享关系：进程间接制约，需互斥地访问临界资源。）、（二：相互合作关系：进程直接制约）

（3.临界资源：一次仅允许一个进程访问的资源，引起不可再现性是因为临界资源没有互斥访问。

（3）信号量：定义一个用于表示资源数目的整型量S，它与一般的整型量不同，除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作wait(S)和signal(S)来访问，俗称P,V操作。通俗来讲就是用P来访问资源后减去一个单位资源，用V操作来释放一个单位资源就是现有资源上加一个单位资源。

4．实验内容

一：说明示例程序是否能适合解决N个生产者和1个消费者问题，并设计实验验证

答：示例程序不能解决多个生产者和消费者的问题，它是解决单个消费者和生产者的。如果可以就要修改代码，如“二”所说。

二：多个消费者和生产者的问题

如上图所示：如果要解决多个生产者和消费者的问题：

第一步：分析上图得出了两种关系，分别是异步和同步的关系

第二步：异步关系的是生产者和生产者之间的，因为同一时刻只能有一个生产者访问缓冲区，所以我们就可以设置临界资源.获得临界资源的生产者才能把产品放到缓冲区里

第三步：同步关系有两个，首先是生产者和缓冲区之间，再是缓冲区和消费者之间。他们都满足一前一后的关系，即当缓冲区空间未满时，生产者才可以放产品；缓冲区不为空的时候才可以让消费者取出产品消费。

第四步：设计变量，用C语言编程，在linux上运行，观察结果。代码如下：#include

#include

#include

#include

#include

#include

int n=10;

int buffer[10];//缓冲区空间大小

int in=0,out=0;

sem_t mutex,empty,full;//设置临界资源，定义两个同步关系的信号量

void* producer(void *arg){ //生产者

sem_wait(&mutex); //访问临界资源

int tag= pthread_self()%100;

int nextPro;

srand(time(NULL)+tag);

while(1){

nextPro = rand()%97;

sem_wait(&empty); //生产一个产品，并放入缓冲区，缓冲区空间大小-1

buffer[in] = nextPro;

in = (in+1)%n;

sem_post(&full);//生产一个产品，并放入缓冲区，产品数量+1

printf("production:%d\n",nextPro);

sem_post(&mutex);//释放临界资源，给其它线程用

usleep(1000*1000/2);

}

}

void* consumer(void *arg) //消费者

{

int item;

while(1){

sem_wait(&full);//消费一个产品，缓冲区产品数量-1

item = buffer[out];

sem_post(&empty); //消费一个产品，缓冲区大小+1

printf("consume:%d\n",item);

out = (out+1)%n;

usleep(1000*1000/2);

}

}

int main(int argc, char const *argv[])

{

pthread_t tid[6]; //定义7个线程

sem_init( &mutex, 0,1);//对临界资源和信号量赋初值

sem_init( &empty, 0,10);

sem_init( &full, 0,0);

for(int i=0;i<6;i++){ //

pthread_create(&tid[i], NULL, producer, NULL);

}//执行生产者线程

pthread_create(&tid[6], NULL, consumer, NULL);//执行消费者线程

for(int i = 0; i < 6 ; i++)

pthread_join(tid[i], NULL);

return 0;

}

三：开启3个线程，这3个线程分别输出A、B、C各10遍，要求输出结果必须按ABC的顺序显示；如：

A

B

C

A

B

第一步：分析

源程序输出结果依次是十个A，十个B，十个C，而我们要求的是输出A、B、C，A按顺序输出，因此可以看出有同步关系，即一前一后的行为，存在多种同步机制，就可以引入前趋图的原理来解决，使源程序输出变成要求所示

前驱的概念：1.要为每一对前驱关系各设置一个同步变量；2.在“前操作”之后对相应的同步变量执行V操作；3在“后操作”之前对应的同步变量执行P操作

第三步：根据上图以及分析，写出修改代码，使代码输出如要求所示

#include

#include

#include

#include

#include

#include