模擬PV操作同步機構(gòu),且用PV操作解決生產(chǎn)者——消費者問題

1、實驗四：同步機構(gòu)實驗報告學(xué) 院: 專業(yè)班級: 姓 名: 學(xué) 號:一、實驗內(nèi)容:模擬實現(xiàn)用同步機構(gòu)避免發(fā)生進程執(zhí)行時可能出現(xiàn)的與時間有關(guān)的錯誤、實驗?zāi)康模哼M程是程序在一個數(shù)據(jù)集合上運行的過程，進程是并發(fā)執(zhí)行的，也即系統(tǒng)中 的多個進程輪流地占用處理器運行。我們把若干個進程都能進行訪問和修改的那些變量稱為公共變量。 由于進程 是并發(fā)地執(zhí)行的，所以，如果對進程訪問公共變量不加限制， 那么就會產(chǎn)生“與 時間有關(guān)”的錯誤，即進程執(zhí)行后所得到的結(jié)果與訪問公共變量的時間有關(guān)。 為 了防止這類錯誤，系統(tǒng)必須要用同步機構(gòu)來控制進程對公共變量的訪問。 一般說， 同步機構(gòu)是由若干條原語一一同步原語一一所組成。本實驗要

2、求學(xué)生模擬 PV操作同步機構(gòu)的實現(xiàn)，模擬進程的并發(fā)執(zhí)行，了解進程并發(fā)執(zhí)行時同步機構(gòu)的作用三、實驗題目：模擬PV操作同步機構(gòu)，且用PV操作解決生產(chǎn)者一一消費者問題。四、此次用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識如下：typedef struct Pcbchar name10;進程名char state10;運行狀態(tài)char reaso n 10;/若阻塞，其原因int breakp;/斷點保護Pcb,*li nk;struct Pcb *n ext;/阻塞時的順序進程名狀態(tài) 等待原因斷點 后繼進程進程控制塊結(jié)構(gòu)定義兩個進程：link p1;生產(chǎn)者進程，link c1;消費者進程。pc程序計數(shù)器和 link read

3、y;就緒隊列，link b_s1; si阻塞隊列，link b_s2; s2阻塞隊列。五、實驗源代碼：分為四個頭文件。1 、a.h 頭文件代碼如下：#include<string.h>#include<ctype.h>#include<malloc.h> /* malloc()等 */#include<limits.h> /* INT_MAX等 */#i nclude<stdio.h> /* EOF(=AZ #include<stdlib.h> /* atoi() */或 F6),NULL */#include<io

4、.h> /* eof() */ #include<math.h> /* floor(),ceil(),abs() */#include<process.h> /* exit() */ #include <iostream> using namespace std;#include <time.h>#define BUF 10 /緩存的大小#define MAX 20 /最大可以輸入的字符2、b.h 頭文件代碼如下：/ 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義和全局變量進程名運行狀態(tài) 若阻塞，其原因 斷點保護typedef struct Pcbchar name10;

5、/char state10; / char reason10; / int breakp; /struct Pcb *next; /阻塞時的順序Pcb,*link;int s1,s2; /信號量link p1;/ 生產(chǎn)者進程 link c1;/ 消費者進程 char strMAX; / 輸入的字符串 char bufferBUF; / 緩沖池 int len; / 輸入長度 int sp=0; /string 的指針 int in=0; / 生產(chǎn)者指針 int out=0; / 消費者指針 char temp; / 供打印的臨時產(chǎn)品 char rec_pMAX;/ 生產(chǎn)記錄 int rp1=0

6、;/ 生產(chǎn)記錄指針 char rec_cMAX;/ 消費記錄 int rp2=0;/ 消費記錄指針 link ready; / 就緒隊列 link b_s1; /s1 阻塞隊列 link b_s2; /s2 阻塞隊列 int pc; / 程序計數(shù)器 int count; / 字符計數(shù)器 int con_cnt; /消費計數(shù)器3、c.h 頭文件代碼如下：void init();/初始化void p(int s); /P操作void v(int s); /V操作void block(int s);/阻塞函數(shù)void wakeup(int s);/喚醒函數(shù)void control(); /處理機調(diào)度

7、void processor();/處理機執(zhí)行void print(); /打印函數(shù)void init() / 初始化s1=BUF;s2=0;p1=(link)malloc(sizeof(Pcb);/建立新的結(jié)點 , 并初始化為生產(chǎn)者strcpy(p1->name,"Producer");strcpy(p1->state,"Ready");strcpy(p1->reason,"Null");p1->breakp=0;p1->next=NULL;c1=(link)malloc(sizeof(Pcb);/建立

8、新的結(jié)點 , 并初始化為消費者strcpy(c1->name,"Consumer");strcpy(c1->state,"Ready");strcpy(c1->reason,"Null");c1->breakp=0;c1->next=NULL;ready=p1;ready->next=c1;/ 初始化為生產(chǎn)進程在前，消費進程在后c1->next=NULL;b_s1=NULL;b_s2=NULL;/ 阻塞進程為 NULLpc=0;con_cnt=0; / 消費計數(shù)器void p(int s)if

9、(s=1) /p(s1) s1-; if(s1<0)block(1); / 阻塞當前生產(chǎn)進程elseprintf("t* s1 信號申請成功 !n");ready->breakp=pc; / 保存斷點else /p(s2)s2-;if(s2<0)block(2);/ 阻塞當前消費進程elseprintf("t* s2 信號申請成功 !n");ready->breakp=pc; / 保存斷點void v(int s)if(s=1) /v(s1)s1+;if(s1<=0)wakeup(1); / 喚醒生產(chǎn)進程 ready->

10、;breakp=pc; / 保存斷點 else /v(s2)s2+;if(s2<=0)wakeup(2);/ 喚醒消費進程ready->breakp=pc; / 保存斷點void block(int s)/ 阻塞函數(shù)的定義link p;int num1=0;int num2=0;if(s=1)/ 生產(chǎn)進程strcpy(p1->state,"Block");/ 改變狀態(tài) strcpy(p1->reason,"S1");/ 說明原因 p=b_s1;while(p)num1+;p=p->next;/p的值為NULL表示隊尾if(!

11、b_s1)b_s1=p1;elsep=p1;p1->next=NULL;printf("t* p1 生產(chǎn)進程阻塞了 !n");ready->breakp=pc; / 保存斷點 ready=ready->next;/ 在就緒隊列中去掉 , 指向下一個 num1+;else/ 消費進程strcpy(c1->state,"Block");strcpy(c1->reason,"S2");p=b_s2;while(p) num2+;p=p->next;/p的值為NULL表示隊尾if(!b_s2) b_s2=c

12、1;elsep=c1;ready->breakp=pc; / 保存斷點 ready=ready->next;/ 在就緒隊列中去掉 , 指向下一個 c1->next=NULL;printf("t* c1 消費進程阻塞了 !n");num2+;printf("t* 阻塞的生產(chǎn)進程個數(shù)為 :%dn",num1);printf("t* 阻塞的消費進程個數(shù)為 :%dn",num2);void wakeup(int s)/ 喚醒函數(shù)的定義link p;link q=ready;if(s=1) / 喚醒b_s1隊首進程,生產(chǎn)進程隊

13、列p=b_s1;b_s1=b_s1->next;/ 阻塞指針指向下一個阻塞進程 strcpy(p->state,"Ready");strcpy(p->reason,"Null");while(q)/ 插入就緒隊列q=q->next;q=p;p->next=NULL;printf("t* p1 生產(chǎn)進程喚醒了 !n");else /喚醒b_s2隊首進程,消費進程隊列 p=b_s2;b_s2=b_s2->next;/ 阻塞指針指向下一個阻塞進程 strcpy(p->state,"Read

14、y"); strcpy(p->reason,"Null");while(q->next)/ 插入就緒隊列 q=q->next;q->next=p;p->next=NULL;printf("t* c1 消費進程喚醒了 !n");void control() / 處理器調(diào)度程序int rd;int num=0;link p=ready;if(ready=NULL) / 若無就緒進程 , 結(jié)束return;while(p) / 統(tǒng)計就緒進程個數(shù)num+;p=p->next;/ 最終 p 變?yōu)?NULL printf

15、("t* 就緒進程個數(shù)為 :%dn",num);time_t t;srand(unsigned) time(&t);rd=rand()%num;/ 隨機函數(shù)產(chǎn)生隨機數(shù)if(rd=1)p=ready;ready=ready->next;ready->next=p;p->next=NULL;strcpy(ready->state,"Run");strcpy(ready->next->state,"Ready");elsestrcpy(ready->state,"Run"

16、);pc=ready->breakp;void processor() / 模擬處理器指令執(zhí)行if(strcmp(ready->name,"Producer")=0) /當前進程為生產(chǎn)者switch(pc)case 0:/produceprintf("t* 生產(chǎn)者生產(chǎn)了字符 %cn",strsp);rec_prp1=strsp;/ 添加到生產(chǎn)記錄sp=(sp+1)%len;pc+;ready->breakp=pc; / 保存斷點break;case 1: /p(s1)pc+;p(1);break;case 2: /putbufferin

17、=rec_prp1; / 放到緩沖區(qū)printf("t* %c 字符成功入駐空緩存 !n",bufferin); rp1+;in=(in+1)%BUF;pc+;ready->breakp=pc; / 保存斷點 break;case 3: /v(s2)pc+;printf("t* 釋放一個 s2 信號 n");v(2);break;case 4:/goto01printf("t* 生產(chǎn)進程 goto 0 操作 n");pc=0;count-; /剩余字符個數(shù)減 1printf("t*剩余字符 count=%d個n&quo

18、t;,count);ready->breakp=pc; / 保存斷點if(count<=0) / 生產(chǎn)結(jié)束printf("t* 生產(chǎn)者結(jié)束生產(chǎn) !n"); strcpy(p1->state,"Stop"); strcpy(p1->reason,"Null");ready->breakp=-1;ready=ready->next;/ 在就緒隊列中去掉else / 當前進程為消費者switch(pc)case 0: /p(s2)pc+;p(2);break;case 1: /getprintf(&quo

19、t;t* 消費者取字符 !n");temp=bufferout;out=(out+1)%BUF;pc+;ready->breakp=pc; / 保存斷點break;case 2: /v(s1)pc+;printf("t* 釋放一個 s1n");v(1);break;case 3: /consumeprintf("t* 消費了字符 %cn",temp);rec_crp2=temp;/ 添加到消費記錄 rp2+;con_cnt+;if(con_cnt>=len)strcpy(c1->state,"Stop");

20、/ 完成態(tài) c1->breakp=-1;return;pc+; ready->breakp=pc; / 保存斷點 break;case 4: /goto0 printf("t* 消費進程 goto 0 操作 n"); pc=0;ready->breakp=pc; / 保存斷點void print()int i,j;printf(" 生產(chǎn)者消費者模擬 n"); printf("*模擬過程的字符串為 :t");printf("%sn",&str);printf("*已生產(chǎn) :&quo

21、t;);for(j=0;j<=rp1;j+) printf("%c",rec_pj);printf("n* 空緩存 :"); for(j=rp2;j<=rp1;j+) printf("%c",bufferj);printf("n* 已消費 :"); for(j=0;j<=rp2;j+) printf("%c",rec_cj);printf("n 進程控制塊的信息 n"); printf("進程名tt 狀態(tài)t等待原因t斷點n");print

22、f("%st%st%stt%dnn",p1->name,p1->state,p1->reason,p1->b reakp);printf("%st%st%stt%dn",c1->name,c1->state,c1->reason,c1->breakp);printf(" printf("1. 繼續(xù) 0. 退出 n"); scanf("%d",&i);if(i=0)exit(0);4、main 頭文件代碼如下：n"#include "

23、;a.h"#include "b.h"#include "c.h"void main()printf("* 生產(chǎn)者消費者模擬 n");printf(" n");printf("* 請輸入字符串 :n");scanf("%s",str); /string 數(shù)組存放將要產(chǎn)生的字符 len=strlen(str);count=len; / 輸入字符的個數(shù)init(); / 初始化while(con_cnt<len) / 消費完所有的字符為結(jié)束system("cls"); / 清屏操作printf(" 模擬指令流程n");control(); / processor(); / print(); /處理器調(diào)度程序 模擬處理器指令執(zhí)行 輸出顯示各個信息printf(&