进程同步模拟设计

进程同步模拟设计——生产者和消费者问题1.模拟用信号量机制实现生产者和消费者问题1.1用信号量机制实现生产者和消费者生产者消费者缓冲区n1.1.1 问题描述：一组生产者向一组消费者提供消息，它们共享一个有界缓冲区n，生产者向其中输入消息，消费者从中取得消息。

1.1.2 实现规则：①对于生产者进程：产生一个数据，当要送入缓冲区时，要检查缓冲区是否已满，若未满，则可将数据送入缓冲区，并通知消费者进程；否则，等待；②对于消费者进程：当它去取数据时，要看缓冲区中是否有数据可取，若有则取走一个数据，并通知生产者进程，否则，等待。

③缓冲区是个临界资源，因此，诸进程对缓冲区的操作程序是一个共享临界区，所以，还有个互斥的问题。

1.1.3 具体进程描述：full：缓冲区产品数目，初值为0；empty：缓冲区可存放产品的空位；初值为n；Mutex：对缓冲区互斥信号灯，初值为1。

main() producer() consumer(){ { {int full=0,empty=n; while(生产未完成) while(还要继续消费) int mutex=1; { ...; {cobegin p(empty); p(full);producer(); p(mutex); p(mutex);consumer(); 生产一个产品；取出一个产品；coend 将产品放入缓冲区；消费一个产品；} v(mutex); v(mutex);v(full); v(empty);} ...;}} }1.2 C++语言程序模拟用信号量机制实现生产者和消费者问题定义一个整数型指针:int *elements;并动态建立其大小：elements=new int[n];用这个整型数组来表示缓冲区n，其中数组中每个元素为1或0（1表示有一个产品，0表示没有）。

该数组封装在SeqSquare的类中，作为其私有成员之一，对其操作的方法都是该类的成员函数：void P(int x);void V(int x);bool IsEmpty();bool IsFull();生产者和消费者的操作分别用函数void producer(SeqSquare *a)和void consumer(SeqSquare *a)实现，它们操作的对象都是类SeqSquare的对象。

2.实验报告内容及说明2.1课程设计目的与功能2.1.1 设计目的：通过实验模拟生产者与消费者之间的关系，了解并掌握他们之间的关系及其原理。

由此增加对进程同步的问题的了解。

具体如下:（一）掌握基本的同步互斥算法，理解生产者和消费者模型（二）了解windows中多线程（多进程）的并发执行机制，线程（进程）间的同步和互斥（三）学习使用windows中基本的同步对象，掌握相应的API2.1.2 设计功能：模拟完成：当缓冲区未满时，生产者进程可生产产品，生产完成后放入一个缓冲区；当缓冲区未空时，消费者进程可从缓冲区内按次序取走产品去消费。

且生产者与消费者进程间实现并发执行。

2.2 需求分析，数据结构或模块说明(功能与框图)；2.2.1 类SeqSquare ：如1.2小节中的描述类SeqSquare的声明及其中一些成员函数如下：class SeqSquare{public:SeqSquare(int n);~SeqSquare(){delete elements;}void P(int x);//p操作void V(int x);//v操作void deca() {a--;}void decb() {b--;}bool IsEmpty() {return (top==-1)?true:false;}//emptybool IsFull() {return (top>=maxSize-1)?true:false;}//fullint getSize() {return top+1;}int getmaxSize() {return maxSize;}int gettop() {return top;}int geta() {return a;}int getb() {return b;}private:int *elements;int top,a,b;int maxSize;};2.2.2 生产者和消费者操作以及显示缓冲区函数showbuf：如1.2小节描述的void producer(SeqSquare *a)和void consumer(SeqSquare *a)：void producer(SeqSquare *a){a->P(1);}//生产者操作void consumer(SeqSquare *a){a->V(1);}//消费者操作显示缓冲区（即临界区）使用情况函数showbuf：void showbuf(SeqSquare *a){int i=a->getSize();cout<<"临界区已占用"<<i<<"/"<<a->getmaxSize()<<endl;}2.2.3程序流程图2.3 源程序的主要部分2.3.1 类SeqSquare中各成员函数的实现：SeqSquare::SeqSquare(int n){top=-1;a=b=0;maxSize=n;elements=new int[maxSize];//数组的定义}void SeqSquare::P(int x){if(IsFull()==true){cout<<"操作失败，临界区已满！"<<endl;a=a+1;}else{elements[++top]=x;cout<<"成功生产出一件产品！"<<endl;}}void SeqSquare::V(int x){if(IsEmpty()==true){cout<<"操作失败，临界区为空！"<<endl;b=b+1;}else{x=elements[top--];cout<<"成功消费一件产品！"<<endl;}}2.3.2 主函数main()：void main(){ofstream fout;fout.open("processing.txt");//输出文件int i=1,n;cout<<"缓冲区的大小为："<<endl;cin>>n;fout<<"缓冲区的大小为："<<endl;fout<<n<<endl;SeqSquare *s;s=new SeqSquare(n);while(i){cout<<endl;cout<<"**************************************************"<<endl;cout<<" 1:生产一件产品; 2: 消费一件产品;3:显示缓冲区状态;"<<endl;cout<<" 4: 缓冲区大小有所改变;0：退出程序。

"<<endl;cout<<"**************************************************"<<endl;cout<<"请选择您的操作：";cin>>i;fout<<endl;fout<<"**************************************************"<<endl;fout<<" 1:生产一件产品; 2: 消费一件产品;3:显示缓冲区状态;"<<endl;fout<<" 4: 缓冲区大小有所改变;0：退出程序。

"<<endl;fout<<"**************************************************"<<endl;fout<<"请选择您的操作：";fout<<i<<endl;switch(i){case 0:cout<<"成功退出程序！"<<endl;fout<<"成功退出程序！"<<endl;break;case 1:producer(s);if(s->geta()==0)fout<<"成功生产出一件产品！"<<endl;else{fout<<"操作失败，临界区已满！"<<endl;s->deca();}break;case 2:consumer(s);if(s->getb()==0)fout<<"成功消费一件产品！"<<endl;else{fout<<"操作失败，临界区为空！"<<endl;s->decb();}break;case 3:showbuf(s);fout<<"临界区已占用"<<s->getSize()<<"/"<<n<<endl;break;case 4:delete s;cout<<endl;cout<<"另一种不同产品的缓冲区的大小为："<<endl;cin>>n;fout<<endl;fout<<"另一种不同产品的缓冲区的大小为："<<endl;fout<<n<<endl;s=new SeqSquare(n);break;default:cout<<"请输入正确的菜单项进行操作！"<<endl;fout<<"请输入正确的菜单项进行操作！"<<endl;}}}3.运行结果与运行情况分析3.1命令提示符窗口运行过程：某一种产品缓冲区n大小为2：选择操作1生产一个产品：继续选择操作3显示缓冲区状态：此时已经显示出生产者的功能即生产一个产品并放入缓冲区。