操作系统生产者及消费者问题实验报告

.PAGE."操作系统"实验报告生产者和消费者的问题实验目的掌握根本的同步与互斥的算法，理解根本的生产者与消费者的模型。学习使用Windows2000/XP中根本的同步对象，掌握相关的API的使用方法。了解Windows2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。实验的容及其要求实验容以生产者/消费者模型为根据，在Windows2000环境下创立一个控制台进程，在改良程中创立n个线程模拟生产者和消费者，实现进程〔线程〕的同步与互斥。2．实验要求=1\*GB3①学习并理解生产者/消费者模型及其同步/互斥规那么=2\*GB3②学习了解Windows同步对象及其特性=3\*GB3③熟悉实验环境，掌握相关API的使用方法=4\*GB3④设计程序，实现生产者/消费者进程〔线程〕的同步与互斥=5\*GB3⑤提交实验报告实验的时间安排实验前，先到图书馆或上网百度了解有关生产者/消费者模型的相关知识，建立生产者/消费者模型的根本概念。利用13周、15周、17周的上机时间编写和调试程序代码。利用其他课余时间来分析实验的最终结果并完成相关的实验报告。实验的环境硬件条件：普通计算机一台软件条件：=1\*GB3①操作系统：Windows2000/XP=2\*GB3②开发语言：VC++本实验是在Windows2000+VC6.0环境下实现的，利用WindowsSDK提供的系统接口〔API〕完成程序的功能。实验在Windows下安装VC后进展，因为VC是一个集成开发环境，其中包含了WindowsSDK所有工具和定义，所以安装了VC后就不用特意安装SDK了。实验中所用的API〔应用程序接口〕，是操作系统提供的用来进展应用程序设计的系统功能接口。要使用这些API，需要包含对这些函数进展说明的SDK头文件，最常见的就是windows.h。一些特殊的API调用还需要包含其他的头文件。正文程序构造图：2.数据构造：〔1〕用一个整型数组Buffer_Critical来代表缓冲区。不管是生产产品还是对已有产品的消费都需要访问改组缓冲区。〔2〕在程序中用一个自定义构造ThreadInfo记录一条线程的信息，即将测试用例文件中的一行信息记录下来，用于程序创立相应的生产者或者消费者。由于要创立多个线程，所以程序中使用了一个ThreadInfo构造的数组Thread_Info。(3)在实现本程序的消费生产模型时，具体地通过如下同步对象实现互斥：●设一个互斥量h_mutex,以实现生产者在查询和保存缓冲区的下一个空位置时进展互斥。●每一个生产者用一个信号量与其消费者同步，通过设置h_Semaphore[MAX_THREAD_NUM]信号量数组实现，该组信号量用于表示相应产品已生产。同时用一个表示空缓冲区数目的信号量empty_semaphore进展类似的同步，指示缓冲区中是否存在空位置，以便开场生产下一个产品。●每一个缓冲区用一个同步对象实现该缓冲区上消费者之间的互斥，这通过设置临界区对象数组PC_Critical[MAX_BUFFER_NUM]实现。3.实验步骤：〔1〕翻开VC，选择菜单项File->New，选择Projects选项卡并建立一个名为R_WP1的win32consoleapplication工程，创立时注意指定创立该工程的目录。〔2〕在工程中创立源文件R_WP1.cpp：选择菜单项Project->Addtoproject->Files,此时将翻开一个新窗口，在其中的"文件名〞输入栏中输入自己想要创立的文件名，这里是R_WP1.cpp；接着询问是否创立新文件时答复"yes〞。通过Workspace->SourceFiles翻开该文件，在其中编辑源文件并保存。〔3〕通过调用菜单项Build->Rebuildall进展编译连接，可以在指定的工程目录下得到debug->R_WP1.exe程序，然后把给定的test.txt文件存入该debug目录下，就可以在控制台进入该debug目录运行程序了。需要强调的是：在创立数据文件时，由于涉及文件的格式问题，最好在记事本中手工逐个输入数据，而不要用复制和粘贴数据。4.实验源代码：//*************************R_WP1.cpp***************************#include<windows.h>#include<fstream.h>#include<stdio.h>#include<string>#include<conio.h>//定义一些常量//本程序允许的最大临界区数#defineMAX_BUFFER_NUM10//秒到微秒的乘法因子#defineINTE_PER_SEC1000//本程序允许的生产和消费线程的总数#defineMAX_THREAD_NUM64//定义一个构造，记录在测试文件中指定的每一个线程的参数structThreadInfo{intserial;charentity;doubledelay;intthread_request[MAX_THREAD_NUM];intn_request;};CRITICAL_SECTIONPC_Critical[MAX_BUFFER_NUM];intBuffer_Critical[MAX_BUFFER_NUM];HANDLEh_Thread[MAX_BUFFER_NUM];ThreadInfoThread_Info[MAX_THREAD_NUM];HANDLEempty_semaphore;HANDLEh_mutex;DWORDn_Thread=0;DWORDn_Buffer_or_Critical;HANDLEh_Semaphore[MAX_THREAD_NUM];voidProduce(void*p);voidConsume(void*p);boolIfInOtherRequest(int);intFindProducePosition();intFindBufferPositon(int);intmain(void){DWORDwait_for_all;ifstreaminFile;for(inti=0;i<MAX_THREAD_NUM;i++)Buffer_Critical[i]=-1;for(intj=0;j<MAX_THREAD_NUM;j++){for(intk=0;k<MAX_THREAD_NUM;k++)Thread_Info[j].thread_request[k]=-1;Thread_Info[j].n_request=0;}for(i=0;i<MAX_BUFFER_NUM;i++)InitializeCriticalSection(&PC_Critical[i]);inFile.open("d:\\test.txt");inFile>>n_Buffer_or_Critical;inFile.get();printf("输出文件是:\n");printf("%d\n",(int)n_Buffer_or_Critical);while(inFile){inFile>>Thread_Info[n_Thread].serial;inFile>>Thread_Info[n_Thread].entity;inFile>>Thread_Info[n_Thread].delay;charc;inFile.get(c);while(c!='\n'&&!inFile.eof()){inFile>>Thread_Info[n_Thread].thread_request[Thread_Info[n_Thread].n_request++];inFile.get(c);}n_Thread++;}for(j=0;j<(int)n_Thread;j++){intTemp_serial=Thread_Info[j].serial;charTemp_entity=Thread_Info[j].entity;doubleTemp_delay=Thread_Info[j].delay;printf("\nthread%2d%c%f",Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay);intTemp_request=Thread_Info[j].n_request;for(intk=0;k<Temp_request;k++)printf("%d",Thread_Info[j].thread_request[k]);cout<<endl;}printf("\n\n");empty_semaphore=CreateSemaphore(NULL,n_Buffer_or_Critical,n_Buffer_or_Critical,"semaphore_for_empty");h_mutex=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex_for_update");for(j=0;j<(int)n_Thread;j++){std::stringlp="semaphore_for_produce_";inttemp=j;while(temp){charc=(char)(temp%10);lp+=c;temp/=10;}h_Semaphore[j+1]=CreateSemaphore(NULL,0,n_Thread,lp.c_str());}for(i=0;i<(int)n_Thread;i++){if(Thread_Info[i].entity=='P')h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Produce),&(Thread_Info[i]),0,NULL); elseh_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consume),&(Thread_Info[i]),0,NULL);}wait_for_all=WaitForMultipleObjects(n_Thread,h_Thread,TRUE,-1);printf("Pressanykeytoquit!\n");_getch();return0;}boolIfInOtherRequest(intreq){for(inti=0;i<n_Thread;i++)for(intj=0;j<Thread_Info[i].n_request;j++)if(Thread_Info[i].thread_request[j]==req)returnTRUE;returnFALSE;}intFindProducePosition(){intEmptyPosition;for(inti=0;i<n_Buffer_or_Critical;i++)if(Buffer_Critical[i]==-1){EmptyPosition=i;Buffer_Critical[i]=-2;break;}returnEmptyPosition;}intFindBufferPosition(intProPos){intTempPos;for(inti=0;i<n_Buffer_or_Critical;i++)if(Buffer_Critical[i]=ProPos){TempPos=i;break;}returnTempPos;}voidProduce(void*p){DWORDwait_for_semaphore,wait_for_mutex,m_delay;intm_serial;m_serial=((ThreadInfo*)(p))->serial;m_delay=(DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->delay*INTE_PER_SEC);Sleep(m_delay);printf("Producer%2dsendstheproducerequire.\n",m_serial);wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(h_mutex,-1);intProducePos=FindProducePosition();ReleaseMutex(h_mutex);printf("Producer%2dbegintoproduceatposition%2d.\n",m_serial,ProducePos);Buffer_Critical[ProducePos]=m_serial;printf("Producer%2dfinishproducing:\n",m_serial);printf("position[%2d]:%3d\n",ProducePos,Buffer_Critical[ProducePos]);ReleaseSemaphore(h_Semaphore[m_serial],n_Thread,NULL);}voidConsume(void*p){DWORDwait_for_semaphore,m_delay;intm_serial,m_requestNum;intm_thread_request[MAX_THREAD_NUM];m_serial=((ThreadInfo*)(p))->serial;m_delay=(DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->delay*INTE_PER_SEC);m_requestNum=((ThreadInfo*)(p))->n_request;for(inti=0;i<m_requestNum;i++)m_thread_request[i]=((ThreadInfo*)(p))->thread_request[i];Sleep(m_delay);for(i=0;i<m_requestNum;i++){printf("Consumer%2drequesttoconsumer%2dproduct\n",m_serial,m_thread_request[i]);wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(h_Semaphore[m_thread_request[i]],-1);intBufferPos=FindBufferPosition(m_thread_request[i]);EnterCriticalSection(&PC_Critical[BufferPos]);printf("sumer%2dbegintoconsume%2dproduct\n",m_serial,m_thread_request[i]);((ThreadInfo*)(p))->thread_request[i]=-1;