操作系统实验-三大经典问题之生产者与消费者问题讲义
计算机操作系统实验报告题目三大经典问题之生产者与消费者问题
一、课程设计的性质与任务
1、加深对并发协作进程同步与互斥概念的理解。通过编写程序实现进程同步和互斥，使学生掌握有关进程（线程）同步与互斥的原理，以及解决进程（线程）同步和互斥的算法，从而进一步巩固进程（线程）同步和互斥等有关的内容。
2、掌握进程和线程的概念，进程（线程）的控制原语或系统调用的使用。
3、了解Windows2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。学习使用Windows2000/XP中基本的同步对象，掌握相应的
API函数。
4、培养学生能够独立进行知识综合，独立开发较大程序的能力。
5、培养提高学生软件开发能力和软件的调试技术。
6、培养学生开发大型程序的方法和相互合作的精神。
7、培养学生的创新意识。
8、培养学生的算法设计和算法分析能力。
9、培养学生对问题进行文字论述和文字表达的能力。
二、课程设计的内容及其要求
在Windows XP、Windows 2000等操作系统下，使用的VC、VB、Java或C等编程语言，采用进程（线程）同步和互斥的技术编写程序实现生产者消费者问题或哲学家进餐问题或读者-写者问题或自己设计一个简单进程（线程）同步和互斥的实际问题。
要求：（1）经调试后程序能够正常运行。
（2）采用多进程或多线程方式运行，体现了进程（线程）同步互斥的关系。
（3）程序界面美观。
三、实验原理
本实验要求利用PV操作实现解决生产者——消费者问题中的同步问题。此问题描述的是一群生产者进程在生产产品并将这些产品提供给消费者进程去消费，在两者之间设置了一个具有n个缓冲区的缓冲池，生产者进程将它所生产的产品放入一个缓冲区，消费者进程可从缓冲区中取走产品去消费，但它们之间必须保持同步，即不允许消费者进程到一个空缓冲区去取产品，也不允许生产者进程向一个已装满且尚未取出的缓冲区中投放产品，并且生产者消费者互斥使用缓冲区。
四、实验原理图
五、算法实现
（1）有一个生产者线程ProduceThread，有1个消费者进程CustomerThread；缓冲区为shareList。
（2）使用线程同步：用synchonized关键字（加锁）使得一个时间
内只能有一个线程得到执行，另一个线程必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块；wait()让线程进入等待状态；notify（）函数唤醒一个处于等待状态的线程。
（3）程序运行流程图如下：（如不在外部中断，程序将一直循环运行）
六、源代码
package操作系统;
/*
*产品类
*/
publicclass Goods {
int id;
String name;
public String toString(){
return id+" "+name;
}
}
package操作系统;
import java.util.List;
/*
* 消费者线程：有产品时可以取出，无产品时等待 */
publicclass CustomerThread extends Thread{ private ListshareList;
CustomerThread(ListshareList){
this.shareList=shareList;
}
publicvoid run(){
System.out.println("消费线程已启
动..."+shareList.size());
while(true){
try{
synchronized(shareList){
while(shareList.size()==0){
//如果没有产品，消费线程则等待
shareList.wait();
}
while(shareList.size()>0){
System.out.println("<---消费线程取出产品："+shareList.remove(0).toString());
shareList.notify();
}
}
}catch(Exception ef){
ef.printStackTrace();
}
}
}
}
package操作系统;
import java.util.List;
/*
* 生产者线程：无数据时再存，存入一个要发通知 */
publicclass ProduceThread extends Thread{ //构造器参数是生产线程要放入的队列
public ProduceThread(ListshareList){
this.shareList=shareList;
}
publicvoid run(){
System.out.println("生产线程已启动..."+shareList.size());
while(true){
try{
Thread.sleep(2000);
synchronized(shareList){
while(shareList.size()>0){
shareList.wait();
}
while(shareList.size()==0){
Goods gs = new Goods();
count++;
gs.id=count;
https://www.360docs.net/doc/d35397174.html,="产品"+count;
System.out.println("--->生产线程放入对象："+gs.toString());
shareList.add(gs);
//通知消费线程，队列中有对象了
shareList.notify();
}
}
}catch(Exception ef){
ef.printStackTrace();
}
}
}
//用来标记放入对象的每一个独立ID号
privatestaticint count=0;
//与消费者线程或以共同存取的对象列表
private ListshareList;
}
package 操作系统;
importjava.util.LinkedList;
importjava.util.List;
public class Manage {
//主函数
public static void main(String[] args){
//生产\消费线程交换对象的队列
List shareList = new java.util.LinkedList();
//启动生产线程
newProduceThread(shareList).start();
//启动消费线程
newCustomerThread(shareList).start();
}
}
七、运行结果
八、实验心得
在此次实验中我们模拟PV 操作同步机构，来解决消费者与生产者这两个进程之间的同步协调问题。实验中值得注意的是解决进程同步需要做哪些工作，如何利用信号量机制来解决进程同步问题等等。通过本次实验，我对操作系统的p、v有了进一步认识，深入
了解了p、v操作的实质和其重要性，加深了我对操作系统中多线程机制的理解和认识，更让我认识到知识的掌握，仅靠学习理论知识是远远不够的，要与实际动手操作相结合才能更好地理解和分析问题。此外，我也发现自己在编程上仍存在较大的问题，本次实验让我对java语言的线程编写水平有了提高。我日后会不断加深各方面知识的学习，弥补自己的不足。实验给了我们实践的机会，给了我们理论结合实际的机会，从实验中可以学到很多东西，不仅仅是书本上的东西这么简单，更是培养了我们动手能力和自学能力，还有更重要的是对待事情严谨的态度，我定会以更加严谨认真的态度对待每次实验。