操作系统实验报告生产者—消费者问题

1、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拟大的缓冲池，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

2、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

3、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#。 六、生产者与消费者的思路和设计 1、程序流程图 (1) 生产者 开 始 生产产品 wait empty 0

4、 y n wait 缓冲区内已满， 已无 可用缓冲区 n mutex=1 y 缓冲区正被其他 程占用 进 存入缓冲区 empty = empty- 1 signal signal (full) 结 束 (2) 消费者 开 始 wait (full) 消费请求 full 0 y n wait 缓冲区内产品已空， 不能进行消费 n mutex=1 y 消 费 缓冲区正被其他 程占用 进 full = full - 1 signal signal 结 束 2、主要程序代码 / 初始化变量 private void form1load(object sender, eventargs e) mutex

5、 = 1; / 互斥信号量 full = 0; / 缓冲池中满缓冲区的数量 empty = 5;/ 缓冲池中空缓冲区的数量 count1 = 0;/ 生产的产品数目 i = 0; = "1" = "0" = "5" / 消费者从缓冲区中消费一个产品 private void consumerclick(object sender, eventargs e) if (full > 0) / 消费者已进入互斥临界区 if (mutex = 1) / 申请进入临界区 mutex = 0; / 消费者已进入互斥临界区 = "0

6、" = true;/ 启动消费者消费缓冲区产品 else (" 缓冲区被占用，请等待。 ", " 信息提 " else (" 缓冲区为空，不能消费 !", " 信息提示 ", ; / 生产者向缓冲区中存入一个产品 private void producerclick(object sender, eventargs e) count1 = count1 + if (empty > 0) 1; / / 生产一个产品 有缓冲区可放产品 if (mutex = 1) / 申请进入临界区 mutex = 0

7、; / 生产者已进入临界区 = "0" (); / 启动生产者将产品放入缓冲区 else / 不能进入临界区 count1 = count1 - 1; (" 缓冲区被占用，请等待。 ", " 信息提示 ", ; else (" 缓冲区已满 !", " 信息提示 ", ; / 无缓冲区可放产品 count1 = count1 - 1; / 生产者 private void timer1tick1(object sender, eventargs e) if (bool1) switch (coun

8、t1) case 1: = true; break; case 2: = true; break; case 3: = true; break; case 4: = true; break; case 5: = true; break; = " 生产者进程占用缓冲区，请等待。 " bool1 = false; else switch (count1) case 1: = false; break; case 2: = false; break; case 3: = false; break; case 4: = false; break; case 5: = false;

9、break; = " 生产者进程占用缓冲区，请等待。 " bool1 = true; i = i + 1; if (i = 5) / 循环缓冲区，首尾相接 i = 0; = false; mutex = 1; = "1" switch (count1) case 1: = true; break; case 2: = true; break; case 3: = true; break; case 4: = true; break; case 5: = true; break; full = full + 1; = (); empty = empty -

10、 1; = (); = " 生产结束 !" / 消费者 private void timerconsumertick(object sender, eventargs e) if(bool1) switch(count1) case 1: = true; break; case 2: = true; break; case 3: = true; break; case 4: = true; break; case 5: = true; break; = " 消费者进程占用缓冲区，请等待。 " bool1 =false; else switch(count

11、1) case 1: = false; break; case 2: = false; break; case 3: = false; break; case 4: = false; break; case 5: = false; break; = " 消费者进程占用缓冲区，请等待。 " bool1= true; i = i + 1; if(i=5) i = 0; = false; mutex = 1; = "1" switch(count1) case 1: = false; break; case 2: = false; break; case 3:

12、 = false; break; case 4: = false; break; case 5: = false; break; count1 = count1 - 1; full = full - 1; = (); empty = empty+1; =(); =" 消费结束！ " 3、运行界面和运行结果 一般情况下，点一次生产者按纽， mutex 由 1 变为 0，缓冲区呈现闪烁状态（表示正在存储） ， 此时不可以再进行缓冲区操作，否那么将显示“生产者进程正在占用缓冲区，请等待” 。闪烁约秒后， mutex 由 0 变为 1，闪烁停止，表示存储过程结束； 点一次消费者按纽

13、， mutex 由 1 变为 0，缓冲区呈现闪烁状态（表示正在消费） ，此时不可以再进行缓冲区操作，否那么将显示“消费者进程正在占用缓 冲区，请等待” 。闪烁约秒后， mutex 由 0 变为 1，闪烁停止，表示消费过程结束。缓冲池满后，假设再点生产者按纽，会给出信息提示： “缓冲区已满 ! ”。 缓冲池空后，假设再点消费者按纽，也会给出信息提示： “缓冲区为空，不能消费 ! ” 。 在存储状态或消费状态（闪烁状态） ，无论是点生产者按纽还是消费者按纽都会给出“缓冲区被占用，请等待。”信息提示。 七、心得体会 本次实验是关于生产者与消费者之间互斥和同步的问题。问题的是指是 p、v 操作，实验设一个共享缓冲区，生产者和消费者互斥的使用，当一个线程使用缓冲区的时候，另一个让其等待直到前一 个线程释放缓冲区为止。 生产者与消费者是一个与现实有关的经验问题， 通过此原理举一反三