生产者与消费者实例

生产者与消费者实例
生产者与消费者实例

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

public class BlockingQueueTest {

/**定义装苹果的篮子*/

public static class Basket{

//篮子,能够容纳3个苹果

BlockingQueue basket = new ArrayBlockingQueue(3);

//生产苹果,放入篮子

public void produce() throws InterruptedException{

//put方法放入一个苹果,若basket满了,等到basket有位置

basket.put("An apple");

}

//消费苹果,从篮子中取走

public String consume() throws InterruptedException{

//take方法取出一个苹果,若basket为空,等到basket有苹果为止

return basket.take();

}

}

//测试方法

public static void testBasket(){

final Basket basket = new Basket();//建立一个装苹果的篮子

//定义苹果生产者

class Producer implements Runnable{

public void run(){

try{

while(true){

//生产苹果

System.out.println("生产者准备生产苹果: " + System.currentTimeMillis());

basket.produce();

System.out.println("生产者生产苹果完毕: " + System.currentTimeMillis());

//休眠300ms

Thread.sleep(300);

}

}catch(InterruptedException ex){

}

}

}

//定义苹果消费者

class Consumer implements Runnable{

public void run(){

try{

while(true){

//消费苹果

System.out.println("消费者准备消费苹果: " + System.currentTimeMillis());

basket.consume();

System.out.println("消费者消费苹果完毕: " + System.currentTimeMillis());

//休眠1000ms

Thread.sleep(1000);

}

}catch(InterruptedException ex){

}

}

}

ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();

Producer producer = new Producer();

Consumer consumer = new Consumer();

service.submit(producer);

service.submit(consumer);

//程序运行5s后,所有任务停止

try{

Thread.sleep(5000);

}catch(InterruptedException ex){

}

service.shutdownNow();

}

public static void main(String[] args){

BlockingQueueTest.testBasket();

}

}

生产者消费者问题设计与实现

操作系统课程设计任务书

目录

1.选题背景 生产者消费者问题是研究多线程程序时绕不开的经典问题之一,它描述是有一块缓冲区作为仓库,生产者可以将产品放入仓库,消费者则可以从仓库中取走产品。解决生产者/消费者问题的方法可分为两类:(1)采用某种机制保护生产者和消费者之间的同步;(2)在生产者和消费者之间建立一个管道。第一种方式有较高的效率,并且易于实现,代码的可控制性较好,属于常用的模式。第二种管道缓冲区不易控制,被传输数据对象不易于封装等,实用性不强。因此本文只介绍同步机制实现的生产者/消费者问题。 同步问题核心在于:如何保证同一资源被多个线程并发访问时的完整性。常用的同步方法是采用信号或加锁机制,保证资源在任意时刻至多被一个线程访问。Java语言在多线程编程上实现了完全对象化,提供了对同步机制的良好支持。在Java中一共有四种方法支持同步,其中前三个是同步方法,一个是管道方法。 2.设计思路 .生产者—消费者问题是一种同步问题的抽象描述。 计算机系统中的每个进程都可以消费或生产某类资源。当系统中某一进程使用某一资源时,可以看作是消耗,且该进程称为消费者。 而当某个进程释放资源时,则它就相当一个生产者 3.过程论述 首先,生产者和消费者可能同时进入缓冲区,甚至可能同时读/写一个存储单元,将导致执行结果不确定。这显然是不允许的。所以,必须使生产者和消费者互斥进入缓冲区。即某时刻只允许一个实体(生产者或消费者)访问缓冲区,生产者互斥消费者和其他任何生产者。 其次,生产者不能向满的缓冲区写数据,消费者也不能在空缓冲区中取数据,即生产者与消费者必须同步。当生产者产生出数据,需要将其存入缓冲区之前,首先检查缓冲区中是否有“空”存储单元,若缓冲区存储单元全部用完,则生产者必须阻塞等待,直到消费者取走一个存储单元的数据,唤醒它。若缓冲区内有“空”存储单元,生产者需要判断此时是否有别的生产者或消费者正在使用缓冲区,若是有,则阻塞等待,否则,获得缓冲区的使用权,将数据存入缓冲区,释放缓冲区的使用权。消费者取数据之前,首先检查缓冲区中是否存在装有数据的存储单元,若缓冲区为“空”,则阻塞等待,否则,判断缓冲区是否正在被使用,

实验1:生产者消费者问题

福建农林大学金山学院实验报告 系(教研室):专业:计算机科学与技术年级: 实验课程:生产者与消费者实验姓名:学号: 实验室号:1#608 计算机号:实验时间:指导教师签字:成绩: 实验1:生产者消费者问题 一、实验目的 生产者消费者问题是操作系统中经典的同步和互斥问题。通过实验,要求学生掌握两者之间的同步信号量和互斥信号量的使用,更深刻了解临界资源、同步和互斥的概念。 二、实验要求 1.一组生产者通过一个具有N个缓冲区的缓冲池循环不断地向一组消费者提供产 品。 2.建一个队列, 队列的长度由n记录, 定义两个指针, 分别指向队列的头和尾消 费者从头指针读取数据,每读取一个数据把n--,生产者把数据写入尾指针, 每写入一个数据就n++,当n=N的时候生产者暂停写入数据。 3.注意:缓冲池队列,用互斥锁保护。 三、实验内容和原理 1.分别画出生产者和消费者的流程图

2.针对生产者和消费者问题,可以分为哪几种情况,使用了哪些原语?分别代表 什么意思?过程如何?阐述哪些进程之间存在同步,哪些进程之间存在互斥。 3.缓冲区是否为临界资源?是否可以循环使用?通过什么来实现?举例说明(可 画图) 四、实验环境 1. 硬件:PC机; 2. 软件:Windows操作系统、。 五、算法描述及实验步骤 #include <> #include const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 10; unsigned short ProductID = 0; unsigned short ConsumeID = 0;

unsigned short in = 0; unsigned short out = 0; int g_buffer[SIZE_OF_BUFFER]; bool g_continue = true; HANDLE g_hMutex; HANDLE g_hFullSemaphore; HANDLE g_hEmptySemaphore; DWORD WINAPI Producer(LPVOID); DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); int main() { 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); const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3; const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 1; const unsigned short THREADS_COUNT = PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT; HANDLE hThreads[PRODUCERS_COUNT]; DWORD producerID[CONSUMERS_COUNT]; DWORD consumerID[THREADS_COUNT]; for (int i=0;i

LabVIEW程序设计模式(五)—生产者消费者模式(2)_VI的可重入性(Reentrant Execution)

LabVIEW程序设计模式(五)—生产者/消费者模式(2)_VI的可重入性(Reentrant Execution) LabVIEW程序设计2009-05-19 17:06:34 阅读698 评论0 字号:大中小订阅 在介绍VI的动态调用之前有必要对LabVIEW在执行VI过程中的规则有个大致的了解。众所周知,LabVIEW是通过VI的文件名(VI Name)来表示独立的VI的,并不是VI的路径。因此,LabVIEW不允许具有相同名字的VI同时载入内存中,即使这些VI存储在不同的路径中。 在前面曾经提到,LabVIEW本身就是一种多线程设计的语言。那么当同一背面板中放置两个VI的实例时代码应该如何执行呢?在图29中,右侧是测试VI运行的时间,左侧是Wait.vi的具体实现代码,仅仅是等待一定的秒数。那么在右侧的VI中,输出的Time是多少呢?是3秒还是2秒? 图29 Reentrant Execution 打开VI的Highlight调试工具,可以看出两个Wait.vi实例的调用并不是同时执行的,而是依次按顺序执行的,至于哪一个实例先执行是不确定的。这是由于LabVIEW本身是并行设计的,从理论上而言,两个VI的实例是同步执行的,但是如果两个Wait.vi实例同时执行必定会产生参数赋值紊乱,因为LabVIEW只允许内存中存在一个名称的VI。因此,此时Time的输出结果是3秒。 如果在实际使用中需要这样的应用该如何解决呢?LabVIEW提供了VI的可重入技术,打开Wait.vi,单击按键,选择图30所示的Reentrant execution 选项。此时再次运行Time的输出结果是2秒。从Highlight的运行过程来看,两个Wait.vi实例是同时执行的,因此总的运行时间就是1秒。

操作系统实验报告生产者消费者问题

操作系统课程设计 一.实验目标 完成N个生产者和M个消费者线程之间的并发控制,N、M不低于30,数据发送和接收缓冲区尺寸不小于20个(每个产品占据一个)。 其中生产者线程1、3、5、7、9生产的产品供所有奇数编号的消费者线程消费,只有所有奇数编号的消费者线程都消费后,该产品才能从缓冲区中撤销。 其中生产者线程2、4、6、8、10生产的产品所有偶数编号的消费者线程都可消费,任一偶数编号消费者线程消费该消息后,该产品都可从缓冲区中撤销。 其中11-20号生产者线程生产的产品仅供对应编号的消费者线程消费。 其他编号生产者线程生产的产品可由任意的消费者线程消费。 每个生产线程生产30个消息后结束运行。如果一个消费者线程没有对应的生产者线程在运行后,也结束运行。所有生产者都停止生产后,如果消费者线程已经

没有可供消费的产品,则也退出运行。 二.实验原理 2.1原理 生产者与消费者线程采用posix互斥锁机制进行互斥进入各自的代码段,只有采用互斥锁临界区代码段才可以不被打扰的执行;同步机制采用的是posix条件变量pthread_cond_wait和pthraed_cond_signal进行同步的。 线程间的通信采用的是共享内存机制。(注:所有的共享内存块是在进程里建立的,线程只需链接上各自的共享内存块即可,每一块共享内存的大小是100). 在这里共享内存设置成一个100的数组。 具体实施:(1)为1.3.5.7.9建立一个共享内存1号,1.3.5.7.9生产者线程生产的产品都放入这块共享内存缓冲区,所有奇数的消费者线程要消费的话,只需在消费者线程中链接上这块共享内存,就可以直接消费1.3.5.7.9生产者线程生产的产品。 (2)为2.4.6.8.10建立一块共享内存2号。2.4.6.8.10生产的产品都放入2号共享内存缓冲区,所有的偶数的消费者线程只要链接上2号缓冲区,就可以消费2.4.6.8.10生产的产品。当偶数消费者线程消费产品后,产品即可从缓冲区撤销,方法是在消费线程里将消费的产品在共享内存数组里置0。 (3)为11--20的每一对生产者消费者线程建立一块共享内存,编号11--20. 11--20号的消费者线程能链接各自的共享内存缓冲区或奇数或偶数共享内存缓冲区,即11--20号的生产者生产的产品只能被对应的消费者消费而11-20的奇数消费者可以消费缓冲区1的产品,偶数消费者可消费缓冲区2的产品。 (4)为21--30号的生产者消费者线程只建立一块共享内存21号,21--30号生产者生产的产品都放入21号缓冲区,所有的消费者线程只要链接上21号共享内存,就可以消费21--30号生产者生产的产品。 用于控制线程是否结束的方法是:设置一个全局变量t,在生产者线程里进行t++,在生产者线程里当t达到10时(注:为了很好的测试程序,本应该在生产者生产30个产品时菜结束线程,这里设置成了10),就break跳出while()循环,这样线程自然就终止。同样在消费者线程里,当t达到10时,这里不用t++,就跳出while()循环,消费者线程自然就终止。这样设计满足了,当生产者生产30个产品时就终止生产者线程,生产者线程终止消费者线程也得终止的要求。 生产者从文件so.txt读取数据进行生产,这个文件里的数据是一连串的字符从a--z的组合,没有空格或其他字符。文件内容的格式没有特殊要求。

操作系统生产者与消费者问题实验报告

《操作系统》实验报告 生产者和消费者的问题 一、实验目的 1.掌握基本的同步与互斥的算法,理解基本的生产者与消费者的模型。 2.学习使用Windows 2000/XP中基本的同步对象,掌握相关的API的使用方法。 3.了解Windows 2000/XP中多线程的并发执行机制,线程间的同步和互斥。 二、实验的内容及其要求 1.实验内容 以生产者/消费者模型为根据,在Windows 2000环境下创建一个控制台进程,在改进程中创建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学习并理解生产者/消费者模型及其同步/互斥规则 ②学习了解Windows同步对象及其特性 ③熟悉实验环境,掌握相关API的使用方法 ④设计程序,实现生产者/消费者进程(线程)的同步与互斥 ⑤提交实验报告 三、实验的时间安排 1.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/消费者模型的基本概念。 2.利用13周、15周、17周的上机时间编写和调试程序代码。 3.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。 四、实验的环境 1.硬件条件:普通计算机一台 2.软件条件:①操作系统:Windows 2000/XP ②开发语言:VC++ 本实验是在Windows 2000+VC6.0环境下实现的,利用Windows SDK提供的系统接口(API)完成程序的功能。实验在Windows下安装VC后进行,因为VC是一个集成开发环境,其中包含了Windows SDK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行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行说明的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。 五、正文 1.程序结构图:

如何将生产者与消费者高效联结

如何将生产者与消费者高 效联结

近年来,各地不同程度存在着农产品滞销的现象。据报道,陕西周至县果农将成熟油桃倒入河道,广西北流的年迈果农拉着刚刚采摘的两大筐荔枝到采购点销售,可跑了五六个代办都没卖出去,只好原封不动地再拉回家,眼瞅着整筐整筐的荔枝烂掉。农民由于缺乏有效的推广窗口和销售工具,即使有丰收的好年景,但农产品价格走低,农民丰产不丰收,农产品滞销让农民一年的辛苦全部付诸东流。 按需生产个性化定制 传统农业都是先生产,后销售,很多农产品虽然有好的收成,但由于找不到合适的销售渠道而烂在田间地头,严重影响了农民的生产积极性。为稳定农产品价格、确保农民合理收益、抵御市场价格风险,订单农业作为一种新型的产销模式应运而生。 所谓订单农业又称合同农业、契约农业,是近年来出现的一种新型农业生产经营模式,农户根据其本身或其所在的乡村,组织生产情况同农产品的购买者之间签订订单,组织安排农产品生产的一种农业产销模式。 订单农业通过先下单,后生产。根据客户意愿选择种什么、怎么种、种多少,只需要在网上下单,根据自身健康需求定制农副产品,市场需要什么,农户就种什么。 订单农业的推出,很好地适应了市场需要,避免了盲目生产。保证了农户的稳定收益,消除了他们的后顾之忧。同时也让农户和企业、消费者建立起了更加紧密的联系,让资本、技术、信息更加有的放矢,实现了生产过程可视化,让消费者用的放心、吃的开心。

手中有订单,种养不心慌。按需生产个性化定制,让农民不用再纠结地里种什么,也不用再担心农产品卖不出去的问题,只需要专心做好农业生产,等着最后交货就好了。 比如C2F模式就是当下最流行的一种订单农业模式,C2F即为消费者对工厂,也就是消费者通过互联网向工厂定制个性化商品的一种新型网上购物行为。 把C2F模式引入农业领域,满足了消费者对精选、有机、绿色、无公害的农产品需求,C2F模式以用户体验为中心,依托全国各地的农业经纪人和服务网点,通过认购、认种、认养等方式,链接田间与餐桌,为广大消费者提供健康安全的农产品。 引入C2F模式,一是让农产品价格更便宜,直接向工厂定制,节省出中间环节所占据的1/3左右的价格空间;二是让消费者尊享独一无二商品,工厂具备生产制造能力,所有商品可以个性化定制,独一无二;三是确保买到正规正品,工厂具有国际环保认证、技术认证、原材料质量认证,保证所定制的商品真正意义上的环保、品质有保证;最后引入C2F模式,能缩短交货周,直接向工厂定制,降低了工厂资金风险,加快了工厂资金周转,提高了工厂生产效率。 除此之外,引入C2F模式会吸引更多的企业跟你合作,同时,更多的农户也愿意背靠你这棵大树,你们生产的农产品只会受到追捧,又怎会滞销呢!毕竟,在现代人看来,高科技农产品的质量是有保障的。 “互联网+电商”拓展销售渠道

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; begin while true do begin

生产者消费者问题设计与实现

操作系统课程设计任务书 学院计算机与信息工程专业计算机科学与技术课程名称操作系统题目生产者消费者问题设计 与实现 完成期限自2015年6月23日至2015年6月29日共1周 内容及任务一、项目的目的 1.理生产者消费者问题基本概念和工作原理,以及实现技术; 2.理解并掌握生产者消费者问题相关算法,以及它的实现方法; 3.掌握在eclipse环境下,系统开发的基本步骤和方法; 4.掌握在eclipse环境下,设计和开发一个简单的生产者消费者问题系统来模拟操作系统中生产者消费者问题。 二、项目任务的主要内容和要求 1.精读并理解和掌握生产者消费者问题; 2.编写程序来模拟生产者消费者问题的实现; 3.编写应用程序测试生产者消费者问题,并显示结果。 三、项目设计(研究)思路 本课程设计的基本思路是,首先理解和掌握生产者消费者问题的基本思想和原理,然后根据理解的基本思想和原理编程实现生产者消费者问题,最后通过数据分析生产者消费者问题。 四、具体成果形式和要求 成果:生产者消费者问题程序语言实现;设计说明书。 要求:编写好的生产者消费者问题程序能够正确启动运行;设计说明书规范、合理。 进度安排 起止日期工作内容2015.6.23至2015.6.24熟悉相关内容 2015.6.25至2015.6.26 系统设计和实现 2015.6.27至2015.6.29 系统实现和撰写相关文档

主要参考资料1.《计算机操作系统》汤子瀛哲凤屏汤小丹主编西安电子科技大学出版社. 2.《计算机操作系统概论》陈宏杨忠耀主编重庆邮电大学出版社. 3.《计算机操作系统基本知识》廖成崔阳主编电子工业出版社. 4.《操作系统实现与设计》陆刚望能主编电子工业出版社. 5.《java程序语言设计》丁振凡主编,薛清华副主编清华大学出版社. 指导教师 意见 (签字):年月日 系(教研室) 主任意见 (签字):年月日

生产者和消费者问题

班级姓名:学号:成绩: 实验名称: 生产者和消费者问题 1.实验目的: “生产者消费者”问题是一个著名的同时性编程问题的集合。通过编写经典的“生产者消费者”问题的实验,读者可以进一步熟悉Linux 中多线程编程,并且掌握用信号量处理线程间的同步互斥问题。 2.实验内容: “生产者消费者”问题描述如下。 有一个有限缓冲区和两个线程:生产者和消费者。他们分别把产品放入缓冲区和从缓冲区中拿走产品。当一个生产者在缓冲区满时必须等待,当一个消费者在缓冲区空时也必须等待。它们之间的关系如下图所示: 这里要求用有名管道来模拟有限缓冲区,用信号量来解决生产者消费者问题中的同步和互斥问题。 3.实验方法: (1)使用信号量解决 (2)思考使用条件变量解决 4.实验过程 (1)信号量的考虑 这里使用3个信号量,其中两个信号量avail和full分别用于解决生产者和消费者线程之间的同步问题,mutex是用于这两个线程之间的互斥问题。其中avail初始化为N(有界缓冲区的空单元数),mutex 初始化为1,full初始化为0。

/**/ #include <> #include <> #include <> #include <> #include <> #include #include <> #include <> #define FIFO "myfifo" #define N 5 int lock_var; time_t end_time; char buf_r[100]; sem_t mutex,full,avail; int fd; void pthread1(void *arg); void pthread2(void *arg); int main(int argc, char *argv[]) { pthread_t id1,id2; pthread_t mon_th_id; int ret; end_time = time(NULL)+30; /*创建有名管道*/ if((mkfifo(FIFO,O_CREAT|O_EXCL)<0)&&(errno!=EEXIST)) printf("cannot create fifoserver\n");

1实验1:生产者消费者问题

1实验1:生产者消费者问 题 -标准化文件发布号:(9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

福建农林大学金山学院实验报告 系(教研室):专业:计算机科学与技术年级: 实验课程:生产者与消费者实验姓名:学号: 实验室号:1#608 计算机号:实验时间:指导教师签字:成绩: 实验1:生产者消费者问题 一、实验目的 生产者消费者问题是操作系统中经典的同步和互斥问题。通过实验,要求学生掌握两者之间的同步信号量和互斥信号量的使用,更深刻了解临界资源、同步和互斥的概念。 二、实验要求 1.一组生产者通过一个具有N个缓冲区的缓冲池循环不断地向一组消费者提供 产品。 2.建一个队列, 队列的长度由n记录, 定义两个指针, 分别指向队列的头和尾消费 者从头指针读取数据,每读取一个数据把n--,生产者把数据写入尾指针, 每写 入一个数据就n++,当n=N的时候生产者暂停写入数据。 3.注意:缓冲池队列,用互斥锁保护。 三、实验内容和原理 1.分别画出生产者和消费者的流程图

2.针对生产者和消费者问题,可以分为哪几种情况,使用了哪些原语分别代表什 么意思过程如何阐述哪些进程之间存在同步,哪些进程之间存在互斥。 3.缓冲区是否为临界资源是否可以循环使用通过什么来实现举例说明(可画图) 四、实验环境 1. 硬件:PC机; 2. 软件:Windows操作系统、。 五、算法描述及实验步骤 #include <> #include const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 10; unsigned short ProductID = 0; unsigned short ConsumeID = 0; unsigned short in = 0;

架构设计:生产者消费者模式

架构设计:生产者/消费者模式 为了方便阅读,把本系列帖子的目录整理如下: 0、概述 1、如何确定数据单元 2、队列缓冲区 3、环形缓冲区 4、双缓冲区

[0]:概述 今天打算来介绍一下“生产者/消费者模式”,这玩意儿在很多开发领域都能派上用场。由于该模式很重要,打算分几个帖子来介绍。今天这个帖子先来扫盲一把。如果你对这个模式已经比较了解,请跳过本扫盲帖,直接看下一个帖子(关于该模式的具体应用)。 看到这里,可能有同学心中犯嘀咕了:在四人帮(GOF)的23种模式里面似乎没听说过这种嘛!其实GOF那经典的23种模式主要是基于OO的(从书名《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》就可以看出来)。而Pattern实际上即可以是OO的Pattern,也可以是非OO的Pattern的。 ★简介 言归正传!在实际的软件开发过程中,经常会碰到如下场景:某个模块负责产生数据,这些数据由另一个模块来负责处理(此处的模块是广义的,可以是类、函数、线程、进程等)。产生数据的模块,就形象地称为生产者;而处理数据的模块,就称为消费者。 单单抽象出生产者和消费者,还够不上是生产者/消费者模式。该模式还需要有一个缓冲区处于生产者和消费者之间,作为一个中介。生产者把数据放入缓冲区,而消费者从缓冲区取出数据。大概的结构如下图。

为了不至于太抽象,我们举一个寄信的例子(虽说这年头寄信已经不时兴,但这个例子还是比较贴切的)。假设你要寄一封平信,大致过程如下: 1、你把信写好——相当于生产者制造数据 2、你把信放入邮筒——相当于生产者把数据放入缓冲区 3、邮递员把信从邮筒取出——相当于消费者把数据取出缓冲区 4、邮递员把信拿去邮局做相应的处理——相当于消费者处理数据 ★优点 可能有同学会问了:这个缓冲区有什么用捏?为什么不让生产者直接调用消费者的某个函数,直接把数据传递过去?搞出这么一个缓冲区作甚? 其实这里面是大有讲究的,大概有如下一些好处。 ◇解耦 假设生产者和消费者分别是两个类。如果让生产者直接调用消费者的某个方法,那么生产者对于消费者就会产生依赖(也就是耦合)。将来如果消费者的代码发生变化,可能会影响到生产者。而如果两者都依赖于某个缓冲区,两者之间不直接依赖,耦合也就相应降低了。

生产者和消费者问题

课程设计 题目生产者和消费者问题学院计算机科学与技术 专业 班级 姓名 指导教师吴利军 2013 年 1 月16 日

课程设计任务书 学生姓名: 指导教师:吴利军工作单位:计算机科学与技术学院题目: 进程同步模拟设计——生产者和消费者问题 初始条件: 1.预备内容:阅读操作系统的进程管理章节内容,对进程的同步和互斥,以及信号量机制度有深入的理解。 2.实践准备:掌握一种计算机高级语言的使用。 要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写 等具体要求) 1.模拟用信号量机制实现生产者和消费者问题。 2.设计报告内容应说明: ⑴需求分析; ⑵功能设计(数据结构及模块说明); ⑶开发平台及源程序的主要部分; ⑷测试用例,运行结果与运行情况分析; ⑸自我评价与总结: i)你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色; ii)什么地方做得不太好,以后如何改正; iii)从本设计得到的收获(在编写,调试,执行过程中的经验和教训); iv)完成本题是否有其他方法(如果有,简要说明该方法); 时间安排: 设计安排一周:周1、周2:完成程序分析及设计。 周2、周3:完成程序调试及测试。 周4、周5:验收、撰写课程设计报告。 (注意事项:严禁抄袭,一旦发现,一律按0分记) 指导教师签名:年月日 系主任(或责任教师)签名:年月日

生产者-消费者问题(the producer-consumer problem) 1.需求分析 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,生产者向其中投放消息,消费者从中取得消息。 1.2规则: ?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; ?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。 ?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。 1.3信号灯设置: 两个同步信号灯-- empty :表示空缓冲区的数目,初值为有界缓冲区的大小n; full :表示满缓冲区(即信息)的数目,其初值为0; 一个互斥信号灯-- mutex:互斥信号灯,初值为1。 1.4同步描述: 1.5程序描述: main( ) { int full=0;/* 满缓冲区的数目 */ int empty=n;/* 空缓冲区的数目 */ int mutex=1;/* 对有界缓冲区进行操作的互斥信号灯*/ cobegin p1 ( );p2( );

操作系统生产者消费者问题实验报告

实验报告二 实验名称:一、生产者-消费者问题的多线程解决方案 二、设计一个执行矩阵乘法的多线程程序 日期:2015-10-22 班级:13级计科学号:姓名: 一、实验目的 1.掌握线程的同步与互斥 2.掌握生产者消费者的实现问题 3.掌握多线程的编程方法 4.掌握矩阵乘法的基本计算原理以及实现 二、实验内容 1.生产者-消费者问题的多线程解决方案 2.设计一个执行矩阵乘法的多线程程序 三、项目要求与分析 1.请查阅资料,掌握线程创建的相关知识以及矩阵乘法的相关知识,了解java语言程序编写的相关知识 2.理解线程的实验步骤 在本次试验中,以“生产者-消费者”模型为依据,提供了一个多线程的“生产者-消费者”实例,编写java代码调试运行结果,得出相应的结论。 理解矩阵乘法的实验步骤 四、具体实现 1.生产者-消费者实例 (1)创建一个缓冲信息发送接收通道接口,并创建邮箱盒子类实现,主要代码如下: ength; j++) { ength; j++)

{ " "); } ""); } ""); } (1)创建多线程类,并实现Runnable接口同步对矩阵进行分行计算,主要代码如下: etName()+"\t开始计算第 "+(task+1)+"行"); for(int i=0; i<; i++) { for(int j=0; j<; j++) { [task][i] += [task][j] * [j][i]; } } } ; } (2)通过不断改变矩阵大小,线程数目,,调试程序,运行结果: 五、所遇问题与解决方法 1.在生产者-消费者多线程试验中,刚开始没有考虑到使用线程睡眠,运行结 果速度之快,没法观看数据变化,后面定义了睡眠控制,使得问题得以解决2.在多线程矩阵开发实验中,刚开始定义矩阵太小,测试结果不太明显,后面 通过把矩阵改大,并且线程数目不断变化使得结果明显。 六、实验总结 深刻了解了生产者消费者多线程,进一步理解了“生产者-消费者”模型。同时也掌握了一些java编程语言相关知识。多线程矩阵实验中,发现矩阵小时,线程越少,运行时间越长;而矩阵过大时,线程数量与运行时间成反比。

实验报告五 生产者和消费者问题

实验报告五 ——生产者和消费者问题 姓名:丛菲学号:20100830205 班级:信息安全二班一、实习内容 ?1、模拟操作系统中进程同步和互斥 ?2、实现生产者和消费者问题的算法实现 二、实习目的 ?1、熟悉临界资源、信号量及PV操作的定义与物理意义 ?2、了解进程通信的方法 ?3、掌握进程互斥与进程同步的相关知识 ?4、掌握用信号量机制解决进程之间的同步与互斥问题 ?5、实现生产者-消费者问题,深刻理解进程同步问题 三、实习题目 ?在Linux操作系统下用C实现经典同步问题:生产者—消费者,具体要求如下: (1)一个大小为10的缓冲区,初始状态为空。 (2)2个生产者,随机等待一段时间,往缓冲区中添加数据,若缓冲区已满,等待消 费者取走数据之后再添加,重复10次。 (3)2个消费者,随机等待一段时间,从缓冲区中读取数据,若缓冲区为空,等待生 产者添加数据之后再读取,重复10次。 ?提示 本实验的主要目的是模拟操作系统中进程同步和互斥。在系统进程并发执行异步推进的过程中,由于资源共享和进程间合作而造成进程间相互制约。进程间的相互制约有两种不同的方式。 (1)间接制约。这是由于多个进程共享同一资源(如CPU、共享输入/输出设备)而引起的,即共享资源的多个进程因系统协调使用资源而相互制约。 (2)直接制约。只是由于进程合作中各个进程为完成同一任务而造成的,即并发进程各自的执行结果互为对方的执行条件,从而限制各个进程的执行速度。 生产者和消费者是经典的进程同步问题,在这个问题中,生产者不断的向缓冲区中写入数据,而消费者则从缓冲区中读取数据。生产者进程和消费者对缓冲区的操作是互斥,即当前只能有一个进程对这个缓冲区进行操作,生产者进入操作缓冲区之前,先要看缓冲区是否已满,如果缓冲区已满,则它必须等待消费者进程将数据取出才能写入数据,同样的,消费者进程从缓冲区读取数据之前,也要判断缓冲

操作系统实验报告生产者与消费者问题模拟

操作系统上机实验报告 实验名称: 生产者与消费者问题模拟 实验目的: 通过模拟生产者消费者问题理解进程或线程之间的同步与互斥。 实验内容: 1、设计一个环形缓冲区,大小为10,生产者依次向其中写入1到20,每个缓冲区中存放一个数字,消费者从中依次读取数字。 2、相应的信号量; 3、生产者和消费者可按如下两种方式之一设计; (1)设计成两个进程; (2)设计成一个进程内的两个线程。 4、根据实验结果理解信号量的工作原理,进程或线程的同步\互斥关系。 实验步骤及分析: 一.管道 (一)管道定义 所谓管道,是指能够连接一个写进程和一个读进程的、并允许它们以生产者—消费者方式进行通信的一个共享文件,又称为pipe文件。由写进程从管道的写入端(句柄1)将数据写入管道,而读进程则从管道的读出端(句柄0)读出数据。(二)所涉及的系统调用 1、pipe( ) 建立一无名管道。 系统调用格式 pipe(filedes) 参数定义 int pipe(filedes); int filedes[2]; 其中,filedes[1]是写入端,filedes[0]是读出端。 该函数使用头文件如下: #include #inlcude #include 2、read( ) : 系统调用格式 read(fd,buf,nbyte) 功能:从fd所指示的文件中读出nbyte个字节的数据,并将它们送至由指针buf 所指示的缓冲区中。如该文件被加锁,等待,直到锁打开为止。 参数定义:

int read(fd,buf,nbyte); int fd; char *buf; unsigned nbyte; 3、write( ) 系统调用格式 read(fd,buf,nbyte) 功能:把nbyte 个字节的数据,从buf所指向的缓冲区写到由fd所指向的文件中。如文件加锁,暂停写入,直至开锁。 参数定义同read( )。 (三)参考程序 #include #include #include int pid1,pid2; main( ) { int fd[2]; char outpipe[100],inpipe[100]; pipe(fd); /*创建一个管道*/ while ((pid1=fork( ))==-1); if(pid1==0) { lockf(fd[1],1,0); /*把串放入数组outpipe中*/ sprintf(outpipe,child 1 is using pipe!); /* 向管道写长为50字节的串*/ write(fd[1],outpipe,50); sleep(5); /*自我阻塞5秒*/ lockf(fd[1],0,0); exit(0); } else { while((pid2=fork( ))==-1); if(pid2==0) { lockf(fd[1],1,0); /*互斥*/ sprintf(outpipe,child 2 is using pipe!); write(fd[1],outpipe,50); sleep(5); lockf(fd[1],0,0);

生产者与消费者的问题-----操作系统课程设计

闽江学院 计算机系 网络操作系统课程设计 设计内容:进程机制与并发程序设计——linux下生产者与消费者的问题实现目录: 一、设计内容 (3) 二、设计思想 (4) 三、系统结构 (5) 四、PV操作代码 (5) 五、C++程序代码 (6) 六、运行结果截图 (9) 七、参考文献 (11)

八、实验总结 (11) 一、设计内容 进程机制与并发程序设计————linux下生产者与消费者的问题实现 1.实验目的 (1)掌握基本的同步互斥算法,理解生产者和消费者同步的问题模型。 (2)了解linux中多线程的并发执行机制,线程间的同步和互斥。 2、实验环境:C/C++语言编译器 3、实验要求 (1)创建生产者和消费者线程 在linux环境下,创建一个控制台进程,在此进程中创建n个线程来模拟生产者或者消费者。这些线程的信息由本程序定义的“测试用例文件”中予以指定。 该文件的格式和含义如下: 3 1 P 3 2 P 4 3 C 4 1 4 P 2 5 C 3 1 2 4 第一行说明程序中设置几个临界区,其余每行分别描述了一个生产者或者消费者线程的信息。每一行的各字段间用Tab键隔开。不管是消费者还是生产者,都有一个对应的线程号,即每一行开始字段那个整数。第二个字段用字母P或者C区分是生产者还是消费者。第三个字段表示在进入相应线程后,在进行生产和消费动作前的休眠时间,以秒计时;这样做的目的是可以通过调整这一列参数,控制开始进行生产和消费动作的时间。如果是代表生产者,则该行只有三个字段。如果代表消费者,则该行后边还有若干字段,代表要求消费的产品所对应的生产者的线程号。所以务必确认这些对应的线程号存在并且该线程代表一个生产者。 (2)生产和消费的规则 在按照上述要求创建线程进行相应的读写操作时,还需要符合以下要求:

生产者消费者问题模拟实现(z)

生产者-消费者实验 1.1实验目的和要求 1.1.1实验目的 操作系统的基本控制和管理控制都围绕着进程展开,其中的复杂性是由于支持并发和并发机制而引起的。自从操作系统中引入并发程序设计后,程序的执行不再是顺序的,一个程序未执行完而另一个程序便已开始执行,程序外部的顺序特性消失,程序与计算不再一一对应。并发进程可能是无关的,也可能是交互的。然而,交互的进程共享某些变量,一个进程的执行可能会影响其他进程的执行结果,交互的并发进程之间具有制约关系、同步关系。其中典型模型便是生产者-消费者模型。 本实验通过编写和调试生产者-消费者模拟程序,进一步认识进程并发执行的实质,加深对进程竞争关系,协作关系的理解,掌握使用信号量机制与P、V操作来实现进程的同步与互斥。 1.1.2实验要求 1.用高级语言编写一个程序,模拟多个生产者进程和多个消费者进程并发执行,并采用信号量机制与P、V操作实现进程间同步与互斥。 2.撰写实验报告,报告应包含以下容: (1)实验目的; (2)实验容; (3)设计思路; (4)程序流程图; (5)程序中主要数据结构和函数说明; (6)带注释的源程序代码; (7)程序运行结果及分析; (8)实验收获与体会。 1.2预备知识 1.2.1生产者—消费者问题 生产者—消费者问题表述如下:如图3.1所示,有n个生产者和m个消费者,连接在具

有k个单位缓冲区的有界环状缓冲上,故又称有界缓冲问题。生产者不断生成产品,只要缓冲区未满,生产者进程pi所生产的产品就可投入缓冲区;类似的,只要缓冲区非空,消费者进程cj就可以从缓冲区取走并消耗产品。 图 3.1 生产者—消费者问题示意图 著名的生产者—消费者问题(producer-consumer problem)是计算机操作系统中并发进程在关系的一种抽象,是典型的进程同步问题。在操作系统中,生产者进程可以是计算进程、发送进程,而消费者进程可以是打印进程、接收进程等,解决好生产者—消费者问题就解决了一类并发进程的同步问题。 操作系统实现进程同步的机制称为同步机制,它通常由同步原语组成。不同的同步机制采用不同的同步方法,迄今已设计出多种同步机制,本实验采用最常用的同步机制:信号量及PV操作。 1.2.2信号量与PV操作 1965年,荷兰计算机科学家E.W.Dijkstra提出新的同步工具——信号量和PV操作,他将交通管制中多种颜色的信号灯管理方法引入操作系统,让多个进程通过特殊变量展开交互。一个进程在某一关键点上被迫停止直至接收到对应的特殊变量值,通过这一措施任何复杂的进程交互要求均可得到满足,这种特殊变量就是信号量(semaphore)。为了通过信号量传送信号,进程可利用P和V两个特殊操作来发送和接收信号,如果协作进程的相应信号仍未到达,则进程被挂起直至信号到达为止。 在操作系统中用信号量表示物理资源的实体,它是一个与队列有关的整型变量。具体实现时,信号量是一种变量类型,用一个记录型数据结构表示,有两个分量:一个是信号量的值,另一个是信号量队列的指针。信号量在操作系统中主要用于封锁临界区、进程同步及维护资源计数。除了赋初值之外,信号量仅能由同步原语PV对其操作,不存在其他方法可以检查或操作信号量,PV操作的不可分割性确保执行的原子性及信号量值的完整性。利用信号量和PV操作即可解决并发进程竞争问题,又可解决并发进程协作问题。 信号量按其用途可分为两种:公用信号量,联系一组并发进程,相关进程均可在此信号量上执行PV操作,用于实现进程互斥;私有信号量,联系一组并发进程,仅允许此信号量所拥有的进程执行P操作,而其他相关进程可在其上执行V操作,初值往往为0或正整数,多用于并发进程同步。

生产者消费者问题实现

生产者消费者问题实现 班级姓名学号 一.实验目的 1.熟悉临界资源、信号量及PV操作的定义与物理意义 2.了解线程通信的方法 3.掌握线程互斥与同步的相关知识 4.掌握用信号量机制解决线程之间的同步与互斥问题 5.实现生产者-消费者问题,深刻理解线程同步问题 二、实验的硬件、软件平台 硬件:计算机 软件:操作系统win10 应用软件:Dev C++ 三、实验原理 生产者-消费者问题是一个经典的线程同步问题,该问题最早由Dijkstra提出,用以演示他提出的信号量机制。在同一个线程地址空间内执行的两个线程。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出一个空缓冲区。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塞,直到新的物品被生产出来。 多个生产/消费者在有界缓冲上操作。它利用N个字节的共享内存作为有界循环缓冲区,利用写一字符模拟放一个产品,利用读一字符模拟消费一个产品。当缓冲区空时消费者应阻塞睡眠,而当缓冲区满时生产者应当阻塞睡眠。一旦缓冲区中有空单元,生产者线程就向空单元中入写字符,并报告写的内容和位置。一旦缓冲区中有未读过的字符,消费者线程就从该单元中读出字符,并报告读取位置。生产者不能向同一单元中连续写两次以上相同的字符,消费者也不能从同一单元中连续读两次以上相同的字符。 在进行多线程编程时,由于资源共享和进程间合作而造成进程间相互制约,难免还要碰到两个问题,那就线程间的互斥与同步:线程同步是指线程之间所具有的一种制约关系,一个线程的执行依赖另一个线程的消息,当它没有得到另一个线程的消息时应等待,直到消息到达时才被唤醒。 线程互斥是指对于共享的进程系统资源,在各单个线程访问时的排它性。当有若干个线程都要使用某一共享资源时,任何时刻最多只允许一个线程去使用,其它要使用该资源的线程必须等待,直到占用资源者释放该资源。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步(下文统称为同步)。 线程间的同步方法大体可分为两类:用户模式和内核模式。内核模式就是指

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