进程同步(生产者与消费者)

软件学院

操作系统实验报告

专业：软件工程

班级：RB软工互152

学号：201560160226

学生姓名：王泽华

指导教师：韩新超

实验二: 进程同步（生产者与消费者）

一．实验目的

1）理解进程竞争资源的现象，进而理解进程的同步于互斥；

2）掌握基本的互斥与同步算法，进一步理解“生产者—消费者”模型；

3）通过对“生产者—消费者”问题编程实现，了解进程创建、同步信号量、互斥信号量、临界区的创建和使用，初步了解并发程序设计方法；

4）进一步理解P、V原语和信号量在线程互斥和同步机制中的运用。二．实验属性

该实验为设计性实验。

三．实验仪器设备及器材

普通PC386以上微机

四．实验理论基础

1、该实验中使用到相关的windows API 函数：

1）create Thread 建立新的线程；

2）create Mutex创建一个互斥体；

3）create Semaphore 创建一个新的信号量；

4）release Mutex释放由线程拥有的一个互斥体；

5）release Semaphore 对指定的信号量增加指定的值；

6）wait for Single Object 用来检测handle时间的信号状态；

7）wait for Multiple Objects true 即等待所有信号量有效再往下执行，false 当其中一个信号量有效时向下执行；

8）Close Handle 关闭一个内核对象。

2、数据结构用实验一中的进程就绪队列，并在此基础上进行调度，如果队

列排序与算法要求不一致则编写一个排序函数。

3、进程调度算法：选择一种进程调度算法实现。

4、主界面设计：在实验一的界面上增加一个进程调度按钮、被调进程的PCB

显示。

5、功能测试：从显示出的就绪队列状态和被调进程的PCB，查看操作的正

确与否。

五.实验步骤

（2）结果分析：

①在每个过程中先做P(mutex)，后做V(mutex)，二者要成对出现。夹在

二者中间的代码段就是该进程的临界区。

②对同步信号量full和empty的P，V操作同样必须成对出现，但它们

分别位于不同的程序中。

③无论在生产者进程中还是在消费者进程中，两个P操作的次序不能颠

倒：应先执行同步信号量的P操作，然后执行互斥信号量的P操作。否则可能造成进程死锁。

六.实验总结

计算机操作系统中引入了进程后，极大的改善了系统资源的利用率和提高了系统的吞吐量，但是由于多道环境中同时存在多个进程，它们共享系统资源，各自按照各自的方式执行，给系统造成了混乱，所以系统必须提供一种机制管理进程，使这些并发执行的进程之间能有条不紊地运行，能有效地

共享资源和相互合作，使得程序的执行具有可再现性，这就是进程同步的主要任务。

七.附录

#include

#include

#include

using namespace std;

// 生产者消费者问题，单个生产者，多个消费者，多个缓冲池

// 使用信号量和关键段来实现

using namespace std;

int gi,gj;

const int num = 10; // 产生数据的个数

const int size = 4; // 缓冲池的大小

volatile bool flag = true; // 用于消费者线程之间

int buf[size]; // 缓冲池

CRITICAL_SECTION gc; // 关键段

HANDLE empty,full; // Semaphore

unsigned int __stdcall pro(PVOID p) // 生产者线程

{

for(int i = 0; i <= num ; i++)

{

WaitForSingleObject(empty,INFINITE); // 线程同步

EnterCriticalSection(&gc); // 线程互斥

buf[gi] = i;

cout << "生产者在" << gi << " 号缓冲池放入" << buf[gi] << endl;

gi = (gi+1)%size;

LeaveCriticalSection(&gc);

ReleaseSemaphore(full,1,NULL);

}

cout << "生产者运行结束!" << endl;

return 0;

}

unsigned int __stdcall cus(PVOID p) // 消费者线程

{

while(true)

{

WaitForSingleObject(full,INFINITE); // 线程同步

if( flag == false ) // 线程之间的逻辑判断

{

break;

}

EnterCriticalSection(&gc); // 线程互斥

cout << "线程" << GetCurrentThreadId() << " 在缓冲池" << gj << " 获取数据" << buf[gj] << endl;

if( buf[gj] == num ) // 结束条件

{

LeaveCriticalSection(&gc);

ReleaseSemaphore(full,1,NULL);

flag = false;

break;

}

gj = (gj+1)%size;

LeaveCriticalSection(&gc);

Sleep(50);

ReleaseSemaphore(empty,1,NULL);

}

cout << "消费者线程" << GetCurrentThreadId() << " 运行结束!" << endl;

return 0;

}

int main()

// 相关变量的定义

const int sz = 3;

gi = gj = 0;

InitializeCriticalSection(&gc);

empty = CreateSemaphore(NULL,4,4,NULL);

full = CreateSemaphore(NULL,0,4,NULL);

HANDLE hand[sz];

hand[0] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL,0,pro,NULL,0,NULL); // 创建了三个线程hand[1] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL,0,cus,NULL,0,NULL);

hand[2] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL,0,cus,NULL,0,NULL);

WaitForMultipleObjects(sz,hand,true,INFINITE);

// 资源的释放

CloseHandle(full);

CloseHandle(empty);

DeleteCriticalSection(&gc);

for(int i = 0; i < sz ; i++)

{

CloseHandle(hand[i]);

}

return 0;

}