生产者消费者完整代码

生产者消费者完整代码
生产者消费者完整代码

四、实现代码

#include

#include

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handle

DWORD 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

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

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

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

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;

}

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,

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,报告应包含以下内容: (1)实验目的; (2)实验内容; (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内在关系的一种抽象,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。

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

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。

操作系统生产者和消费者问题

生产者-消费者问题是一个经典的进程同步问题,已经属于化石级别的了。该问题最早由Dijkstra 提出,用以演示他提出的信号量机制。要求设计在同一个进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。 要求设计并实现一个进程,该进程拥有一个生产者线程和一个消费者线程,它们使用N个不同的缓冲区(N为一个自定义的确定的数值,例如N=32)。需要使用如下信号量: ?一个互斥信号量,用以阻止生产者线程和消费者线程同时操作缓冲区列表; ?一个信号量,当生产者线程生产出一个物品时可以用它向消费者线程发出信号; ?一个信号量,消费者线程释放出一个空缓冲区时可以用它向生产者线程发出信号; 看代码吧:

sem_t full_sem;/*同步信号量,当没产品时阻止消费者消费*/ pthread_mutex_t mutex;/*互斥信号量,一次只有一个线程访问缓冲*/ /* *output the buffer */ void print() { int i; for(i = 0; i < M; i++) printf("%d ", buff[i]); printf("\n"); } /* *producer */ void*producer() { for(;;) { sleep(1); P(empty_sem); pthread_mutex_lock(&mutex); in = in % M; printf("(+)produce a product. buffer:");

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。

生产者与消费者问题(附源码)

操作系统实验报告 专业网络工程班级08102 学号姓名 课程名称操作系统学年2010-2011 学期下 课程类别专业必修■限选□任选□实践□实验时间2010年11月3日 实验名称 实验一:生产者与消费者问题 实验目的和要求 全面理解生产者与消费者问题模型,掌握解决该问题的算法思想,正确使用同步机制。 实验软硬件要求 Pentium ||| 450以上CPU 64MB以上内存 WINDOWS XP Visual C++6.0 实验内容、方法和步骤(可附页) 问题描述:一组生产者向一组消费者提供商品,共享一个有界缓冲池,生产者向其中放入商品,消费者从中取得商品。假定这些生产者和消费者互相等效,只要缓冲池未满,生产者可将商品送入缓冲池;只要缓冲池未空,消费者可从缓冲池取走一商品。 功能要求:根据进程同步机制,编写一个解决上述问题的程序,可显示缓冲池状态、放商品、取商品等过程。 具体参数:3个生产者进程,2个消费者进程; 缓冲区单元个数N=4; 在本程序中是缓冲区中的数从0变为1表示模拟生产一个产品,消费时则将对应缓冲区内的1变为0,为模拟消费一个产品。 实验结果(可附页) 见截图 小结 这次多线程的操作系统实验,使我对线程的概念以及多线程程序中线程间的运行有了更深的认识,同时也让我的编程能力得到了一定的提高。 这次做的用多线程实现生产者与消费者模型的实验,由于我的编程能力基础比较差,对线程也是一无所知,所以一开始觉得无从下手,但幸好老师给了充足的时间,我通过看网上找的视频资料以及请教同学才渐渐地有了一点概念,然后我试着从网上下了一些多线程的程序分析里面的语句,基本弄懂了多线程的原理。 评定成绩:批阅教师:年月日

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

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( );

操作系统课程设计生产者-消费者问题附代码

枣庄学院 信息科学与工程学院 课程设计任务书题目:生产者-消费者问题的实现 姓名: 学号: 专业:计算机科学与技术 课程:操作系统 指导教师:刘彩霞职称:讲师完成时间:2012年5月----2012 年6月 枣庄学院信息科学与工程学院制 课程设计任务书及成绩评定

目录 第1章引言 (1) 1.1 设计背景 (1) 1.2 问题分类 (1) 1.3 解决方案 (1) 第2章设计思路及原理 (2) 第3章程序详细设计 (3) 3.1程序模块设计 (3) 3.2程序代码结构 (5) 第4章实验结果 (7) 第5章实验总结 (8) 附录:实验代码 (9)

第1章引言 1.1 设计背景 生产者-消费者问题是一个经典的进程同步问题,该问题最早由Dijkstra 提出,用以演示他提出的信号量机制。在同一个进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。 1.2 问题分类 根据缓冲区的个数、大小以及生产者消费者的个数可以分为以下几类: 1.单缓冲区(适合单或多生产消费者); 2.环行多缓冲区(或无穷缓冲区)单生产消费者; 3.环行多缓冲区多生产消费者; 1.3 解决方案 1.用进程通信(信箱通信)的方法解决; 2.进程消息缓冲通信; 3.进程信箱通信;

第2章设计思路及原理 设计了两个主要函数:生产者函数、消费者函数; 设计了三个信号量:full信号量,判断缓冲区是否有值,初值为0; empty信号量,判断缓冲区是否有空缓冲区,初值为缓 冲区数; mutex信号量作为互斥信号量,用于互斥的访问缓冲区。 生产者函数通过执行P操作信号量empty减1,判断缓冲区是否有空。有空则互斥的访问缓冲区并放入数据,然后释放缓冲区,执行V操作,信号量full 加1。 消费者函数执行P操作,信号量full减1,判断是否有数据,有则互斥的访问缓冲区并取走数据,然后释放缓冲区,执行V操作,empty信号量加1。

操作系统实验报告经典生产者—消费者问题

实验二经典的生产者—消费者问题一、目的 实现对经典的生产者—消费者问题的模拟,以便更好的理解经典进程同步问题。 二、实验内容及要求 编制生产者—消费者算法,模拟一个生产者、一个消费者,共享一个缓冲池的情形。 1、实现对经典的生产者—消费者问题的模拟,以便更好的理解此经典进程同步问题。生产者-消费者问题是典型的PV操作问题,假设系统中有一个比较大的缓冲池,生产者的任务是只要缓冲池未满就可以将生产出的产品放入其中,而消费者的任务是只要缓冲池未空就可以从缓冲池中拿走产品。缓冲池被占用时,任何进程都不能访问。 2、每一个生产者都要把自己生产的产品放入缓冲池,每个消费者从缓冲池中取走产品消费。在这种情况下,生产者消费者进程同步,因为只有通过互通消息才知道是否能存入产品或者取走产品。他们之间也存在互斥,即生产者消费者必须互斥访问缓冲池,即不能有两个以上的进程同时进行。 三、生产者和消费者原理分析 在同一个进程地址空间内执行两个线程。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挡,直到新的物品被生产出来。 四、生产者与消费者功能描述: 生产者功能描述:在同一个进程地址空间内执行两个线程。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。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。 消费者功能描述:消费者线程从缓冲区获得物品,然后释放缓冲区,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。 五、实验环境 操作系统环境:Windows系统。 编程语言:C#。

用多线程同步方法解决生产者-消费者问题(操作系统课设)

用多线程同步方法解决生产者-消费者问题(操作系统课设)

题目 用多线程同步方法解决生产者-消费 者问题(Producer-Consume r Problem) 学院 物理学与电子信息工程学院 专业电子信息工程班级08电信本一班姓名 指导教师 2010 年12 月日

目录 目录 0 课程设计任务书 (1) 正文 (3) 1.设计目的与要求 (3) 1.1设计目的 (3) 1.2设计要求 (3) 2.设计思想及系统平台 (3) 2.1设计思想 (3) 2.2系统平台及使用语言 (3) 3.详细算法描述 (4) 4.源程序清单 (7) 5.运行结果与运行情况 (12) 6.调试过程 (16) 7.总结 (16)

课程设计任务书 题目: 用多线程同步方法解决生产者-消费者问题 (Producer-Consumer Problem) 初始条件: 1.操作系统:Linux 2.程序设计语言:C语言 3.有界缓冲区内设有20个存储单元,其初 值为0。放入/取出的数据项按增序设定为 1-20这20个整型数。 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.技术要求: 1)为每个生产者/消费者产生一个线程,设计正确的同步算法 2)每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后,即时显示有界缓冲区的当前全部 内容、当前指针位置和生产者/消费者

线程的自定义标识符。 3)生产者和消费者各有两个以上。 4)多个生产者或多个消费者之间须共享对缓冲区进行操作的函数代码。 2.设计说明书内容要求: 1)设计题目与要求 2)总的设计思想及系统平台、语言、工具 等。 3)数据结构与模块说明(功能与流程图) 4)给出用户名、源程序名、目标程序名和源程序及其运行结果。(要注明存储各个 程序及其运行结果的主机IP地址和目 录。) 5)运行结果与运行情况 (提示: (1)有界缓冲区可用数组实现。 (2)编译命令可用:cc -lpthread -o 目标文件名源文件名 (3)多线程编程方法参见附件。) 3. 调试报告: 1)调试记录 2)自我评析和总结

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。 /*product.c*/ #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"); printf("Preparing for reading bytes...\n"); memset(buf_r,0,sizeof(buf_r)); /*打开管道*/ fd=open(FIFO,O_RDWR|O_NONBLOCK,0); if(fd==-1) { perror("open"); exit(1); } /*初始化互斥信号量为1*/ ret=sem_init(&mutex,0,1); /*初始化avail信号量为N*/ ret=sem_init(&avail,0,N); /*初始化full信号量为0*/ ret=sem_init(&full,0,0); if(ret!=0) { perror("sem_init"); } /*创建两个线程*/ ret=pthread_create(&id1,NULL,(void *)productor, NULL); if(ret!=0) perror("pthread cread1"); ret=pthread_create(&id2,NULL,(void *)consumer, NULL); if(ret!=0) perror("pthread cread2");

计算机操作系统课程设计源代码《生产者---消费者问题源代码》

《生产者---消费者问题源代码》 #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define NUM_THREADS_P 5 /*定义数据为生产者*/ #define NUM_THREADS_C 5 /*定义数据为消费者*/ #define MAX_BUFFER 20 /*定义数据为缓存区*/ #define RUN_TIME 20 /*定义运行时间*/ int buffer[MAX_BUFFER]; /*定义最大缓存区*/ int produce_pointer=0,consume_pointer=0; /*定义指针*/ sem_t producer_semaphore,consumer_semaphore,buffer_mutex; /*定义信号量,互斥*/ pthread_t threads_p[NUM_THREADS_P]; /*声明生产者线程*/ pthread_t threads_c[NUM_THREADS_C]; /*声明消费者线程*/ FILE* fd; void *producer_thread(void *tid); /*声明生产者线程*/ void *consumer_thread(void *tid); /*声明消费者线程*/ void showbuf(); /*声明showbuf方法*/ void handler(){

生产者和消费者的三种情况

形象启发分层解剖 ——PV操作教学引导实践 【摘要】PV操作及利用PV原语实现进程间的同步互斥是计算机操作系统中一个非常重要的学习内容。本文详细介绍了形象启发,分层解剖的教学方法在教学中的应用,希望以此引出更优的教学方法。 【关键词】PV操作、形象启发、分层解剖、生产消费者问题、多媒体课件 PV操作及同步互斥的实现是操作系统这门课中最抽象,也是学生难以理解的知识内容之一,其中生产消费者问题又是PV操作中最为经典的案例,学生要深刻理解这个知识点并不容易。为了取得较好的教学效果,帮助学生深刻理解这个知识点,本人制作了多媒体课件《PV操作及实现同步互斥》,把抽象的内容具体化,由浅到深,化解难点,通过形象启发,分层解剖的科学教学方法,提高了学生学习积极性,在教学实践中取得非常显著的效果。 一、明确定义 要理解生产消费者问题,首先应弄清PV操作的含义:PV操作是由P操

作原语和V操作原语组成(原语是不可中断的过程),对信号量进行操作,具体定义如下: P(S):①将信号量S的值减1,即S=S-1; ②如果S≥0,则该进程继续执行;否则该进程置为等待状态,排入等待队列。 V(S):①将信号量S的值加1,即S=S+1; ②如果S>0,则该进程继续执行;否则释放队列中第一个等待信号量的进程。 这只是书本的定义,对于这部分内容,老师先不要急于解释上面的程序流程,而是应该让学生首先知道P操作与V操作到底有什么作用。 P操作相当于申请资源,而V操作相当于释放资源。所以要学生记住以下几个关键字: P操作-----→申请资源 V操作----→释放资源 二、形象启发 为此举两个生活中的例子: 例一:在公共电话厅打电话 公共电话厅里有多个电话,如某人要打电话,首先要进行申请,看是否有电话空闲,若有,则可以使用电话,如果电话亭里所有电话都有人正在使用,那后来的人只有排队等候。当某人用完电话后,则有空电话腾出,正在排队的第一个人就可以使用电话。这就相当于PV操作:某人要打电话,首先要进行申请,相当于执行一次P操作,申请一个

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:

相关文档
最新文档