操作系统实验报告-生产者-消费者问题算法的实现

-1-肇庆学院计算机学院实验报告专业网络工程班级10网工1班姓名学号课程名称计算机操作系统学年2011--2012学期1□/2□课程类别专业必修□限选□任选□实践□实验名称：实验四生产者――消费者问题算法的实现(选做)实验内容：实验时间：2012年5月9日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池，生产者向其中投放消息，消费者从中取得消息。假定这些生产者和消费者互相等效，只要缓冲池未满，生产者可将消息送入缓冲池,只要缓冲池未空，消费者可从缓冲池取走一个消息。2.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、放数据、取数据等过程。实验目的及要求：一、目的1．了解信号量的使用。2．加深对信号量机制的理解。二．要求1．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。2．掌握正确使用同步机制的方法。实验内容、方法与步骤：（使用附页填写并附在本页后）实验结果：（使用附页填写并附在本页后）小结：本次课程设是关于生产者与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，另一个让其等待直到前一个线程释放缓冲区为止。生产者与消费者是一个与现实有关的经典问题，与“和尚挑水”问题的原理相同，通过此原理举一反三可以解决其他类似的问题。过本课程设计，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中的实际问题。分数：批阅老师：2012年月日......PQ放消息取消息nn个缓冲区(Buffer)ijC-2-肇庆学院计算机学院实验报告（附页）实验内容、方法与步骤：实验方法与步骤：1.生产者功能描述：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。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。2.消费者功能描述：消费者线程从缓冲区中获得物品，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。3.程序结构图：4.数据结构分析（1）生产者与消费者实现：这其中主要是通过多线程，来实现生产者和消费者之间的协调问题。（2）生产者(producer)——消费者(consumer)：通过一些记录性变量，来记录模拟实现生产者的行为，通过输入语句的提示程序采用OO设计模式，缓存区采用数组结构存储。5.生产者与消费者问题算法的实现代码#includewindows.h#includeiostreamconstunsignedshortSIZE_OF_BUFFER=10;//缓冲区长度unsignedshortProductID=0;//产品号unsignedshortConsumeID=0;//将被消耗的产品号unsignedshortin=0;//产品进缓冲区时的缓冲区下标unsignedshortout=0;//产品出缓冲区时的缓冲区下标intg_buffer[SIZE_OF_BUFFER];//缓冲区是个循环队列boolg_continue=true;//控制程序结束HANDLEg_hMutex;//用于线程间的互斥HANDLEg_hFullSemaphore;//当缓冲区满时迫使生产者等待HANDLEg_hEmptySemaphore;//当缓冲区空时迫使消费者等待DWORDWINAPIProducer(LPVOID);//生产者线程DWORDWINAPIConsumer(LPVOID);//消费者线程intmain(){//创建各个互斥信号-3-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constunsignedshortPRODUCERS_COUNT=3;//生产者的个数constunsignedshortCONSUMERS_COUNT=1;//消费者的个数//总的线程数constunsignedshortTHREADS_COUNT=PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;HANDLEhThreads[PRODUCERS_COUNT];//各线程的handleDWORDproducerID[CONSUMERS_COUNT];//生产者线程的标识符DWORDconsumerID[THREADS_COUNT];//消费者线程的标识符//创建生产者线程for(inti=0;iPRODUCERS_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;iCONSUMERS_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;}}return0;}//生产一个产品。简单模拟了一下，仅输出新产品的ID号voidProduce(){std::cerrProducing++ProductID...;std::cerrSucceedstd::endl;}//把新生产的产品放入缓冲区voidAppend(){std::cerrAppendingaproduct...;g_buffer[in]=ProductID;in=(in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerrSucceedstd::endl;//输出缓冲区当前的状态for(inti=0;iSIZE_OF_BUFFER;++i){-4-std::couti:g_buffer[i];if(i==in)std::cout--生产;if(i==out)std::cout--消费;std::coutstd::endl;}}//从缓冲区中取出一个产品voidTake(){std::cerrTakingaproduct...;ConsumeID=g_buffer[out];out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerrSucceedstd::endl;//输出缓冲区当前的状态for(inti=0;iSIZE_OF_BUFFER;++i){std::couti:g_buffer[i];if(i==in)std::cout--生产;if(i==out)std::cout--消费;std::coutstd::endl;}}//消耗一个产品voidConsume(){std::cerrConsumingConsumeID...;std::cerrSucceedstd::endl;}//生产者DWORDWINAPIProducer(LPVOIDlpPara){while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE);WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);Produce();Append();Sleep(1500);ReleaseMutex(g_hMutex);ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL);}return0;}//消费者DWORDWINAPIConsumer(LPVOIDlpPara){while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE);-5-WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);Take();Consume();Sleep(1500);ReleaseMutex(g_hMutex);ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL);}return0;}实验结果：1.一个消费者三个生产者：2.三个生产者三个消费者：-6-3.三个消费者一个生产者：4.三个生产者四个消费者-7-分数：批阅老师：200年月日-8-