大工19春《操作系统》大作业答案

网络教育学院

《操作系统》课程设计

题目：进程同步与互斥生产者-消费者问题

学习中心：

层次：

专业：计算机网络技术

年级：年秋季

学号：

学生：

辅导教师：

完成日期：年月日

题目四：进程同步与互斥生产者-消费者问题

设计思路：

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或生产某类资源。当系统中某一进程使用某一资源时，可以看作是消耗，且该进程称为消费者。

而当某个进程释放资源时，则它就相当一个生产者。

流程（原理）图：

1、生产者

2、消费者

基本内容：

通过一个有界缓冲区(用数组来实现，类似循环队列)把生产者和消费者联系起来。假定生产者和消费者的优先级是相同的，只要缓冲区未满，生产者就可以生产产品并将产品送入缓冲区。类似地，只要缓冲区未空，消费者就可以从缓冲区中去走产品并消费它。应该禁止生产者向满的缓冲区送入产品，同时也应该禁止消费者从空的缓冲区中取出产品，这一机制有生产者线程和消费者线程之间的互斥关系来实现。为解决生产者/消费者问题，应该设置两个资源信号量，其中一个表示空缓冲区的数目，用g_hFullSemaphore表示，其初始值为有界缓冲区的大小SIZE_OF_BUFFER；另一个表示缓冲区中产品的数目，用g_hEmptySemaphore表示，其初始值为0。另外，由于有界缓冲区是一个临界资

源，必须互斥使用，所以还需要再设置一个互斥信号量g_hMutex，起初值为1。在生产者/消费者问题中，信号量实现两种功能。首先，它是生产产品和消费产品的计数器，计数器的初始值是可利用的资源数目(有界缓冲区的长度)。其次，它是确保产品的生产者和消费者之间动作同步的同步器。

生产者要生产一个产品时，首先对资源信号量g_hFullSemaphore和互斥信号量g_hMutex进行P操作，申请资源。如果可以通过的话，就生产一个产品，并把产品送入缓冲区。然后对互斥信号量g_hMutex和资源信号量g_hEmptySemaphore进行V操作，释放资源。

消费者要消费一个产品时，首先对资源信号量g_hEmptySemaphore和互斥信号量g_hMutex进行P操作，申请资源。如果可以通过的话，就从缓冲区取出一个产品并消费掉。然后对互斥信号量g_hMutex和资源信号量g_hFullSemaphore进行V操作，释放资源。

如果缓冲区中已经没有可用资源，就把申请资源的进程添加到等待队列的队尾。如果有一个资源被释放，在等待队列中的第一个进程被唤醒并取得这个资源的使用权。

源代码：

//本程序于2005.12.25在VC++6.0下运行通过

//系统环境：Windows XP

#include

#include

const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 20;//有界缓冲区长度

int g_buffer[SIZE_OF_BUFFER];//开辟缓冲区，用数组表示，可以看成是一个循环队列

unsigned short ProductID = 0;//新生产出来的产品的产品号

unsigned short ConsumeID = 0;//被消耗的产品的产品号

unsigned short in = 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

unsigned short out = 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

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

DWORD WINAPI Consumer(LPVOID);//消费者线程

const unsigned short PRODUCERS_COUNT=4;//生产者的个数

const unsigned short CONSUMERS_COUNT=3;//消费者的个数

const unsigned short THREADS_COUNT=PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;//总线程数

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

/*---------------生产一个产品开始-----------------*/

//生产一个产品，输出其ID号

void Produce()

{

std::cout<

std::cerr<<"生产一个产品: "<<++ProductID;

std::cout<

}

/*----------生产一个产品结束----------------*/

/*---------把新生产的产品放入缓冲区开始------------*/

//把新生产的产品放入缓冲区

void Append()

{

std::cerr<<"把生产的产品送入缓冲区";

g_buffer[in]=ProductID;