實驗二生產(chǎn)者和消費者

1、1.1實驗?zāi)繕?biāo)掌握操作系統(tǒng)對進程管理的同步和互斥問題，以經(jīng)典同步問題“生產(chǎn)者和消費者”為例， 運用所學(xué)C語言知識，編寫該問題的模擬運行環(huán)境。1.2實驗環(huán)境教學(xué)機房，C語言程序平臺。1.3實驗內(nèi)容及步驟了解經(jīng)典同步問題“生產(chǎn)者和消費者”生產(chǎn)者與消費者可以通過一個環(huán)形緩沖池聯(lián)系起來，環(huán)形緩沖池由幾個大小相等的緩沖 塊組成，每個緩沖塊容納一個產(chǎn)品。每個生產(chǎn)者可不斷地每次往緩沖池中送一個生產(chǎn)產(chǎn)品， 而每個消費者則可不斷地每次從緩沖池中取出一個產(chǎn)品。指針i和指針j分別指出當(dāng)前的第 一個空緩沖塊和第一個滿緩沖塊。分析和理解既存在合作同步問題，也存在臨界區(qū)互斥問題合作同步：當(dāng)緩沖池全滿時，表示供過于求，生產(chǎn)

2、者必須等待，同時喚醒消費者；當(dāng)緩 沖池全空時，表示供不應(yīng)求，消費者應(yīng)等待，同時喚醒生產(chǎn)者?；コ猓壕彌_池顯然是臨界資源，所在生產(chǎn)者與消費都要使用它，而且都要改變它的狀態(tài)?；诃h(huán)形緩沖區(qū)的生產(chǎn)者與消費者關(guān)系形式描述：公用信號量mutex:初值為1，用于實現(xiàn)臨界區(qū)互斥生產(chǎn)者私用信號量empty:初值為n，指示空緩沖塊數(shù)目消費者私用信號量full:初值為0，指示滿緩沖塊數(shù)目整型量i和j初值為0，i指示首空緩沖塊序號，j指示首滿緩沖塊序號PV原語var mutex,empty,full:semaphore;i,j:integer;buffer:array0.n-1 of item;i:=j:=1;Pro

3、cedure producer;beginwhile true dobeginproduce a product;P(empty);P(mutex);buffer(i):=product;i:=(i+1) mod n;V(mutex);V(full);end;end;Procedure consumer;beginP(full);P(mutex);goods:=buffer(j);j：=(j+1) mod n;V(mutex);V(empty);consume a product;end;end;用C語言編程搭建“生產(chǎn)者和消費者”經(jīng)典進程通信問題的環(huán)境。要求程序運行時， 按任意鍵停止，顯示當(dāng)前

4、系統(tǒng)的各個參數(shù)的值。提交實驗報告，以及相關(guān)程序列表。打包成 附件上傳。#include #include #include #define P(S) WaitForSingleObject(S,INFINITE)/定義 Windows 下的 P 操作#define V(S) ReleaseSemaphore(S,1,NULL)/定義 Windows 下的 V 操作#define rate 1000#define CONSUMER_NUM 10/*消費者個數(shù)*/#define PRODUCER_NUM 10/*生產(chǎn)者個數(shù)*/#define BUFFER_NUM 4/* 緩沖區(qū)個數(shù)*/typede

5、f HANDLE Semaphore; /信號量的 Windows 原型char *thing10= 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 Bufferint productBUFFER_NUM; /緩沖區(qū)int start,end;/兩個指針g_buf; Semaphore g_semBuffer,g_semProduct,g_mutex;消費者線程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID para)int i=*(int *)para; /i表示第i個消費者int ptr,j;/彳寺消費的內(nèi)容的指針Slee

6、p(100);while(1)P(g_semProduct); /有產(chǎn)品，先鎖住緩沖區(qū)P(g_mutex);/記錄消費的物品ptr=g_buf.start;/再移動緩沖區(qū)指針g_buf.start=(g_buf.start+1)%BUFFER_NUM;V(g_mutex);/讓其他消費者或生產(chǎn)者使用g_bufprintf( 消費者 %d: 消費 了 buf%d 里的 =%sn，i,ptr,thingg_ductptr);Sleep(rate*rand()%10+110);消費完畢，并釋放一個緩沖V(g_semBuffer);if(j+30)break;getchar();retu

7、rn 0;/ 生產(chǎn)者線程DWORD WINAPI Producer(LPVOID para)int i=*(int *)para-CONSUMER_NUM;int ptr;int data;/產(chǎn)品Sleep(100);while(1)Sleep(rate*rand()%10+110);data=rand()%10;/等待存放空間P(g_semBuffer); /有地方，先鎖住緩沖區(qū)P(g_mutex);/ 記錄消費的物品ptr=g_buf.end;/ 再移動緩沖區(qū)指針g_buf.end=(g_buf.end+1)%BUFFER_NUM;/讓其他消費者或生產(chǎn)者使用g_bufV(g_mutex);

8、printf( 生產(chǎn)者 %d: 在 buf%d 里放入T%sn,i,ptr,thingdata);g_ductptr=data;Sleep(rate/2*rand()%10+110);放好了完畢，釋放一個產(chǎn)品V(g_semProduct);return 0;int main(int argc,char *argv)線程技術(shù)，前面為消費者線程，后面為生產(chǎn)者線程HANDLE hThreadCONSUMER_NUM+PRODUCER_NUM; /線程計數(shù)/srand(time();DWORD tid;int i=0;/ 初始化信號量g_mutex=CreateSemaphore(NUL

9、L,BUFFER_NUM,BUFFER_NUM,mutexOfConsumerAndProducer );g_semBuffer=CreateSemaphore(NULL,BUFFER_NUM,BUFFER_NUM,BufferSemaphone)；g_semProduct=CreateSemaphore(NULL,0,BUFFER_NUM,ProductSemaphone)；if(!g_semBuffer|!g_semProduct|!g_mutex)printf(Create Semaphone Error!n)；return -1;int totalThreads=CONSUMER_NU

10、M+PRODUCER_NUM;/ 開啟消費者線程for(i=0;iCONSUMER_NUM;i+)hThreadi=CreateThread(NULL,0,Consumer,&i,0,&tid);if(hThreadi)WaitForSingleObject(hThreadi,10);開啟生產(chǎn)者線程for(;itotalThreads;i+)hThreadi=CreateThread(NULL,0,Producer,&i,0,&tid);if(hThreadi)WaitForSingleObject(hThreadi,10);生產(chǎn)者和消費者的執(zhí)行WaitForMultipleObjects(t

11、otalThreads,hThread,TRUE,INFINITE);return 0;c： *C ： Docti*ents and SettingsStudent桌面D昂口莒，生產(chǎn)者和消貴者-se4 8 9 9一 4 8 9 9=1口=1口 U 口 U 口 2 5 11 品品品品循循循循品品品品 物物物卷辨物物物物00 2 5 11 7 7 7 7.品品品品卻卻卻卻品品品品物物物物婿婿婿普物物物一-哭.昊.昊.哭.-一 了了了了的的的的了了了了的的的的了了了了的的的的 m 一 -m - -m - -H二 H二5一 -m - -H二 Xm 一 -RI 一 -FH 一-m 二?.E- -E- -

12、 MT| tdT| E - -E - -S-B- 一 E - -E - - E- -E-板 1 1 1 1 爭fbfbfbf .斤.斤.斤.E D 1 2 3 .斥.斤D 1 2 3 .斤.n .斤 d 1 2 3a二B-B-a二BB二B-B-B-m 二E-E-E-E- f f f f E-E-E-E- f f f f E-E-E-E- f f f fJJJJUUUUJJJJUUUUJJJJUUUU0123bbbb0123bbbb0123bbbbf了了了了ffff了了了了ffff了了了了bubububu費費費費bubububu費費費費bubububu費費費費:s倦語語 :s:s倦 語:s:s4

13、56745678901890123452345者者者者者者者者者者者者者者者者者者者者者者者者產(chǎn)_.u -Ti -Ti -Ti Eun.-EJI.-Eun.-Eun.Auli rr Tr, rr -ET-.-ET.=ET.,-ET.,r r -Ti rr-T- -EJ.-EJ-E.-Eun.-生生生生生生生生生生生生.產(chǎn)費費費費產(chǎn)產(chǎn).費費費費產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)費費費費1.4實驗思考題思考在“生產(chǎn)者和消費者”經(jīng)典同步問題中，兩個P操作是否可以互換位置，以及兩 個V操作是否可以互換位置。在生產(chǎn)者-消費者問題中，如果將兩個P操作，即P(full)和P(mutex)互換位置，或者 P(empty)和P(mute

14、x)互換位置，都可能引起死鎖。考慮系統(tǒng)中緩沖區(qū)全滿時，若以生產(chǎn)者 進程先執(zhí)行了 P(mutex)操作并獲得成功，當(dāng)再執(zhí)行P(empty)操作時，他將因失敗而進入阻 塞狀態(tài)，它期待消費者執(zhí)行V(empty)來喚醒自己。在此之前，它不可能執(zhí)行V(mutex)操作， 從而使企圖通過P(mutex)進入自己的臨界區(qū)的其他生產(chǎn)者和所有消費者進程全部進入阻塞 狀態(tài)，從而引起系統(tǒng)死鎖。類似地，消費者進程若先執(zhí)行P(mutex)，后執(zhí)行P(full),同樣 可能造成死鎖。V(full)和V(mutex)互換位置，或者V(empty)和V(mutex)互換位置，則不會 引起死鎖，其影響只是使臨界資源的釋放略微推

15、遲一些。思考在“哲學(xué)家就餐”經(jīng)典同步問題中，如何修改程序，可以保證不會發(fā)生死鎖現(xiàn)象。至多只允許有四位哲學(xué)家同時去拿左邊的筷子，最終能保證至少有一位哲學(xué)家能 夠進餐，并在用畢是能釋放出他用過的兩只筷子，從而使更多的哲學(xué)家能夠進餐。僅當(dāng)哲學(xué)家的左、右兩只筷子均可使用時，才允許他拿起筷子進餐。規(guī)定奇數(shù)號哲學(xué)家先拿他左邊的筷子，然后再去拿右邊的筷子，而偶數(shù)號哲學(xué)家 則相反。按此規(guī)定，將是1、2號哲學(xué)家競爭1號筷子；3、4號哲學(xué)家競爭3號筷子。即五 位哲學(xué)家都先競爭奇數(shù)號筷子，獲得后，再去競爭偶數(shù)號筷子，最后總會有一位哲學(xué)家能獲 得兩只筷子而進餐。思考在“讀者與寫者”經(jīng)典同步問題中，如何修改程序，變?yōu)椤?/p>

16、寫者優(yōu)先”的算法。(寫者優(yōu)先算法)Var rmutex,wmutex,mutex,s:semaphore=1,1,1,1;Writecount:integer:=0;Reader:beginRepeatWait(s);Wait(rmutex);If readcount=0 then wait(wmutex);Readcount:readcount+1;Signal(rmutex);Signal(s);Perform read operation;Wait(rmutex);Readcount:=readcount:=readcount-1;If readcount=0 then signal(wmutex);Signal(rmutex);Until false;EndWriter:beginRepeatWait(mutex);If writecount=0 then wait(s);Writecount:writecount+1;Signal(mutex);Wait(wmutex);Perform write operatin;Signal(wmutex);Wait(mutex);Writecount=0 then signal(s);Signal(mutex);Until false;end分析以下進程運行環(huán)境中出現(xiàn)的同步和互斥現(xiàn)象，列出相應(yīng)的變量和參