生產(chǎn)者消費者問題模擬實現(xiàn)

1、生產(chǎn)者消費者問題模擬實現(xiàn)(z)-標）隹化文件發(fā)布號：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII生產(chǎn)者7消費者實驗1.1實驗目的和要求1.1.1實驗目的操作系統(tǒng)的基本控制和管理控制都圍繞著進程展開，其中的復雜性是由于 支持并發(fā)和并發(fā)機制而引起的。自從操作系統(tǒng)中引入并發(fā)程序設計后，程序的 執(zhí)行不再是順序的，一個程序未執(zhí)行完而另一個程序便已開始執(zhí)行，程序外部 的順序特性消失，程序與計算不再一一對應。并發(fā)進程可能是無關(guān)的，也可能 是交互的。然而，交互的進程共享某些變量，一個進程的執(zhí)行可能會影響其他 進程的執(zhí)行結(jié)果，交互的并發(fā)進程之間具有制約關(guān)系、同步關(guān)系。其中典型模

2、型便是生產(chǎn)者消費者模型。本實驗通過編寫和調(diào)試生產(chǎn)者消費者模擬程序，進一步認識進程并發(fā)執(zhí)行 的實質(zhì)，加深對進程競爭關(guān)系，協(xié)作關(guān)系的理解，掌握使用信號量機制與P、V 操作來實現(xiàn)進程的同步與互斥。1.1.2實驗要求1.用高級語言編寫一個程序，模擬多個生產(chǎn)者進程和多個消費者進程并發(fā) 執(zhí)行，并采用信號量機制與P、V操作實現(xiàn)進程間同步與互斥。2.撰寫實驗報告，報告應包含以下內(nèi)容：(1)實驗目的；(2)實驗內(nèi)容；(3)設計思路；（4）程序流程圖；（5）程序中主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)說明;(6)帶注釋的源程序代碼；（7）程序運行結(jié)果及分析；(8)實驗收獲與體會。1.2預備知識1.2.1生產(chǎn)者一消費者問題生產(chǎn)者一消費

3、者問題表述如下：如圖所示，有n個生產(chǎn)者和m個消費者， 連接在具有k個單位緩沖區(qū)的有界環(huán)狀緩沖上，故又稱有界緩沖問題。生產(chǎn)者 不斷生成產(chǎn)品，只要緩沖區(qū)未滿，生產(chǎn)者進程pi所生產(chǎn)的產(chǎn)品就可投入緩沖 區(qū)；類似的，只要緩沖區(qū)非空，消費者進程cj就可以從緩沖區(qū)取走并消耗產(chǎn) 品。圖生產(chǎn)者一消費者問題示意圖著名的生產(chǎn)者一消費者問題(producer-consumer problem)是計算機操作 系統(tǒng)中并發(fā)進程內(nèi)在關(guān)系的一種抽象，是典型的進程同步問題。在操作系統(tǒng) 中，生產(chǎn)者進程可以是計算進程、發(fā)送進程，而消費者進程可以是打印進程、 接收進程等，解決好生產(chǎn)者一消費者問題就解決了一類并發(fā)進程的同步問題。操作系統(tǒng)

4、實現(xiàn)進程同步的機制稱為同步機制，它通常由同步原語組成。不 同的同步機制采用不同的同步方法，迄今已設計出多種同步機制，本實驗采用 最常用的同步機制：信號量及PV操作。1.2.2信號量與PV操作1965年，荷蘭計算機科學家提出新的同步工具一一信號量和PV操作，他 將交通管制中多種顏色的信號燈管理方法引入操作系統(tǒng)，讓多個進程通過特殊 變量展開交互。一個進程在某一關(guān)鍵點上被迫停止直至接收到對應的特殊變量 值，通過這一措施任何復雜的進程交互要求均可得到滿足，這種特殊變量就是 信號量(semaphore)。為了通過信號量傳送信號，進程可利用P和V兩個特 殊操作來發(fā)送和接收信號，如果協(xié)作進程的相應信號仍未到

5、達，則進程被掛起 直至信號到達為止。在操作系統(tǒng)中用信號量表示物理資源的實體，它是一個與隊列有關(guān)的整型 變量。具體實現(xiàn)時，信號量是一種變量類型，用一個記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示，有 兩個分量：一個是信號量的值，另一個是信號量隊列的指針。信號量在操作系 統(tǒng)中主要用于封鎖臨界區(qū)、進程同步及維護資源計數(shù)。除了賦初值之外，信號 量僅能由同步原語PV對其操作，不存在其他方法可以檢查或操作信號量，PV 操作的不可分割性確保執(zhí)行的原子性及信號量值的完整性。利用信號量和PV操 作即可解決并發(fā)進程競爭問題，又可解決并發(fā)進程協(xié)作問題。信號量按其用途可分為兩種：公用信號量，聯(lián)系一組并發(fā)進程，相關(guān)進程 均可在此信號量上執(zhí)行PV

6、操作，用于實現(xiàn)進程互斥；私有信號量，聯(lián)系一組并 發(fā)進程，僅允許此信號量所擁有的進程執(zhí)行P操作，而其他相關(guān)進程可在其上 執(zhí)行V操作，初值往往為0或正整數(shù)，多用于并發(fā)進程同步。信號量的定義為如下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：typedef struct semaphoreint value;oleFlag = rand()%2;oleFlag = rand()%2;oleFlag)strcpy(,”生產(chǎn)者);elsestrcpy(,消費者);strcat(, itoa(i+1, digitTemp, 10);processi.current

7、State = 1;processi.currentStep = 1; processi.code = i + 1;producerCongestionQueuei = 0;consumerCongestionQueuei = 0;shareCongestionQueuei = 0;void wakeup(int *pcq) urrentState = 1;oleFlag = 1) urrentStep = 2) printf(%20s:該進程被喚醒!申請空緩沖區(qū)成功!n, ); else if (processcode.currentStep = 3) pri

8、ntf(%20s:該進程被喚醒!申請訪問緩沖區(qū)成功!n”,); else if (processcode.roleFlag = 0) urrentStep = 1) processcode.data = pop();printf(%20s:該進程被喚醒!申請取產(chǎn)品d成功!n, , processcode.data); else if (processcode.currentStep = 2) printf(%20s:該進程被喚醒!申請訪問緩沖區(qū)成功!n, );processcode.currentS

9、tep+;for (int i = 1; (i processNum) & (pcqi != 0); i+) urrentState = 0;行結(jié)果程序經(jīng)編譯運行后，輸出如下結(jié)果：生產(chǎn)者消費者算法模擬消費者2:無產(chǎn)品可取，該進程被阻塞！生產(chǎn)者3:生產(chǎn)一個產(chǎn)品344!生產(chǎn)者3:申請空緩沖區(qū)成功！生產(chǎn)者1:生產(chǎn)一個產(chǎn)品723!生產(chǎn)者1:申請空緩沖區(qū)成功！生產(chǎn)者3:申請訪問緩沖區(qū)成功！生產(chǎn)者3:將產(chǎn)品344正送入緩沖區(qū)！生產(chǎn)者3:釋放緩沖區(qū)訪問權(quán)！生產(chǎn)者1:申請訪問緩沖區(qū)成功！生產(chǎn)者1:將產(chǎn)品723正送入緩沖區(qū)！生產(chǎn)者3:產(chǎn)品已送入緩沖區(qū)，產(chǎn)品數(shù)量增加！消費者2:該進程被喚醒!申請取產(chǎn)品344成功！

10、消費者4:無產(chǎn)品可取，該進程被阻塞！生產(chǎn)者1:釋放緩沖區(qū)訪問權(quán)！消費者2:申請訪問緩沖區(qū)成功！消費者2:從緩沖區(qū)中正取出產(chǎn)品723!生產(chǎn)者3:生產(chǎn)一個產(chǎn)品924!消費者2:釋放緩沖區(qū)訪問權(quán)！生產(chǎn)者1:產(chǎn)品已送入緩沖區(qū)，產(chǎn)品數(shù)量增加！消費者4:該進程被喚醒!申請取產(chǎn)品723成功！生產(chǎn)者1:生產(chǎn)一個產(chǎn)品510!生產(chǎn)者1:無空緩沖區(qū)，該進程被阻塞！消費者2:產(chǎn)品已取出，空緩沖區(qū)數(shù)量增加！生產(chǎn)者1:該進程被喚醒!申請空緩沖區(qū)成功！生產(chǎn)者1:申請訪問緩沖區(qū)成功！消費者4:其他進程正在訪問緩沖區(qū)，該進程被阻塞!生產(chǎn)者3:無空緩沖區(qū)，該進程被阻塞！生產(chǎn)者1:將產(chǎn)品510正送入緩沖區(qū)！生產(chǎn)者1:釋放緩沖區(qū)訪問

11、權(quán)！消費者4:該進程被喚醒!申請訪問緩沖區(qū)成功！消費者4:從緩沖區(qū)中正取出產(chǎn)品723！消費者4:釋放緩沖區(qū)訪問權(quán)！消費者4:產(chǎn)品已取出，空緩沖區(qū)數(shù)量增加！生產(chǎn)者3:該進程被喚醒！申請空緩沖區(qū)成功！生產(chǎn)者1:產(chǎn)品已送入緩沖區(qū)，產(chǎn)品數(shù)量增加！生產(chǎn)者1:生產(chǎn)一個產(chǎn)品450！消費者2:消費產(chǎn)品723！生產(chǎn)者1:無空緩沖區(qū)，該進程被阻塞！消費者2:申請取出產(chǎn)品成功！消費者2:申請訪問緩沖區(qū)成功！消費者2:從緩沖區(qū)中正取出產(chǎn)品723！消費者4:消費產(chǎn)品723！消費者4:無產(chǎn)品可取，該進程被阻塞！消費者2:釋放緩沖區(qū)訪問權(quán)！消費者2:產(chǎn)品已取出，空緩沖區(qū)數(shù)量增加！生產(chǎn)者1:該進程被喚醒！申請空緩沖區(qū)成功！生

12、產(chǎn)者3:申請訪問緩沖區(qū)成功！生產(chǎn)者1:其他進程正在訪問緩沖區(qū)，該進程被阻塞!生產(chǎn)者3:將產(chǎn)品924正送入緩沖區(qū)！消費者2:消費產(chǎn)品723！生產(chǎn)者3:釋放緩沖區(qū)訪問權(quán)！生產(chǎn)者1:該進程被喚醒！申請訪問緩沖區(qū)成功！生產(chǎn)者1:將產(chǎn)品450正送入緩沖區(qū)！生產(chǎn)者3:產(chǎn)品已送入緩沖區(qū)，產(chǎn)品數(shù)量增加！消費者4:該進程被喚醒！申請取產(chǎn)品723成功！生產(chǎn)者1:釋放緩沖區(qū)訪問權(quán)！生產(chǎn)者1:產(chǎn)品已送入緩沖區(qū)，產(chǎn)品數(shù)量增加！消費者4:申請訪問緩沖區(qū)成功！消費者4:從緩沖區(qū)中正取出產(chǎn)品723！消費者4:釋放緩沖區(qū)訪問權(quán)！生產(chǎn)者3:生產(chǎn)一個產(chǎn)品138！消費者4:產(chǎn)品已取出，空緩沖區(qū)數(shù)量增加！生產(chǎn)者1:生產(chǎn)一個產(chǎn)品881！

13、生產(chǎn)者1:申請空緩沖區(qū)成功！生產(chǎn)者3:無空緩沖區(qū)，該進程被阻塞！消費者4:消費產(chǎn)品723！2.簡要分析在本次程序運行時，創(chuàng)建了兩個生產(chǎn)者進程和兩個消費者進程，生產(chǎn)者進 程編號為1、3,消費者進程編號為2、4。緩沖區(qū)數(shù)目是2個。從本次運行情況來看，消費者2先請求取產(chǎn)品，因緩沖區(qū)內(nèi)無產(chǎn)品，此時 消費者2被阻塞；生產(chǎn)者3和生產(chǎn)者1各生產(chǎn)一個產(chǎn)品，生產(chǎn)者3先將產(chǎn)品送 入緩沖區(qū)后，喚醒了消費者2去取產(chǎn)品；此時消費者4也請求取產(chǎn)品，因無產(chǎn) 品可取而被阻塞；然后生產(chǎn)者1將產(chǎn)品送入了緩沖區(qū)，消費者4被喚醒；生產(chǎn) 者1又生產(chǎn)了一個產(chǎn)品，由于此時消費者2和消費者4還未將產(chǎn)品取出，已無 空緩沖區(qū)，所以生產(chǎn)者1被阻塞，只能等待；等到消費者2取出產(chǎn)品后，生產(chǎn) 者1被喚醒；但由于此時消費者4正在緩沖區(qū)取產(chǎn)品，生產(chǎn)者1由于不能訪問 緩沖區(qū)而被阻塞；等消費者4完成