生产者与消费者实验报告

生产者和消费者实验报告【实验目的】1.加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。

2.进一步认识并发执行的实质。

3.验证用信号量机制实现进程互斥的方法。

4.验证用信号量机制实现进程同步的方法。

【实验要求】用c语言编程搭建“生产者和消费者”经典进程通信问题的环境。

要求程序运行时，按任意键停止，显示当前系统的各个参数的值。

提交实验报告，以及相关程序列表。

打包成附件上传。

【实验环境】Visual C++6.0【实验内容】1.了解经典同步问题“生产者和消费者”生产者与消费者可以通过一个环形缓冲池联系起来，环形缓冲池由几个大小相等的缓冲块组成，每个缓冲块容纳一个产品。

每个生产者可不断地每次往缓冲池中送一个生产产品，而每个消费者则可不断地每次从缓冲池中取出一个产品。

指针i和指针j分别指出当前的第一个空缓冲块和第一个满缓冲块。

2.分析和理解（1）既存在合作同步问题，也存在临界区互斥问题合作同步：当缓冲池全满时，表示供过于求，生产者必须等待，同时唤醒消费者；当缓冲池全空时，表示供不应求，消费者应等待，同时唤醒生产者。

互斥：缓冲池显然是临界资源，所在生产者与消费都要使用它，而且都要改变它的状态。

（2）基于环形缓冲区的生产者与消费者关系形式描述：公用信号量mutex：初值为1，用于实现临界区互斥生产者私用信号量empty：初值为n，指示空缓冲块数目消费者私用信号量full：初值为0，指示满缓冲块数目整型量i和j初值为0，i指示首空缓冲块序号，j指示首满缓冲块序号（3）PV原语var mutex,empty,full:semaphore;i,j:integer;buffer:array[0...n-1] of item;i:=j:=1;Procedure 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;【实验源程序代码】#include <windows.h>#include <iostream>const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 10; //缓冲区长度unsigned short ProductID = 0; //产品号unsigned short ConsumeID = 0; //将被消耗的产品号unsigned short in = 0; //产品进缓冲区时的缓冲区下标unsigned short out = 0; //产品出缓冲区时的缓冲区下标int g_buffer[SIZE_OF_BUFFER]; //缓冲区是个循环队列bool g_continue = true; //控制程序结束HANDLE g_hMutex; //用于线程间的互斥HANDLE g_hFullSemaphore; //当缓冲区满时迫使生产者等待HANDLE g_hEmptySemaphore; //当缓冲区空时迫使消费者等待DWORD WINAPI Producer(LPVOID); //生产者线程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); //消费者线程int main(){//创建各个互斥信号g_hMutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);g_hFullSemaphore =CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);g_hEmptySemaphore =CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);//调整下面的数值，可以发现，当生产者个数多于消费者个数时，//生产速度快，生产者经常等待消费者；反之，消费者经常等待const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3; //生产者的个数const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 1; //消费者的个数//总的线程数const unsigned short THREADS_COUNT =PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;HANDLE hThreads[PRODUCERS_COUNT]; //各线程的handleDWORD 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//创建生产者线程for (int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;++i){hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]); if (hThreads[i]==NULL) return -1;}//创建消费者线程for (i=0;i<CONSUMERS_COUNT;++i){hThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,& consumerID[i]);if (hThreads[i]==NULL) return -1;}while(g_continue){if(getchar()){ //按回车后终止程序运行g_continue = false;}}return 0;}//生产一个产品。

简单模拟了一下，仅输出新产品的ID号void Produce(){std::cerr << "Producing " << ++ProductID << " ... "; std::cerr << "Succeed" << std::endl;}//把新生产的产品放入缓冲区void Append(){std::cerr << "Appending a product ... ";g_buffer[in] = ProductID;in = (in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerr << "Succeed" << std::endl;//输出缓冲区当前的状态for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i){std::cout << i <<": " << g_buffer[i];if (i==in) std::cout << " <-- 生产";if (i==out) std::cout << " <-- 消费";std::cout << std::endl;}}//从缓冲区中取出一个产品void Take(){std::cerr << "Taking a product ... ";ConsumeID = g_buffer[out];out = (out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerr << "Succeed" << std::endl;//输出缓冲区当前的状态for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i){std::cout << i <<": " << g_buffer[i];if (i==in) std::cout << " <-- 生产";if (i==out) std::cout << " <-- 消费";std::cout << std::endl;}}//消耗一个产品void Consume(){std::cerr << "Consuming " << ConsumeID << " ... ";std::cerr << "Succeed" << std::endl;}//生产者DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara){while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);Produce();Append();Sleep(1500);ReleaseMutex(g_hMutex);ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL);}return 0;}//消费者DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara){while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);Take();Consume();Sleep(1500);ReleaseMutex(g_hMutex);ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL);}return 0;}【实验结果】具体程序见附件（网络查找）【实验反思】本次实验是关于生产者和消费者之间互斥和同步的问题。

问题的实质是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，另一个让其等待知道前一个线程释放缓冲区为止。

通过本次实验，我们对操作系统的P,V进一步的认识，深入的了解P,V操作的实质和其重要性。

课本的理论知识进一步阐述了现实的实际问题。