實驗二 生產(chǎn)者消費者問題

電子科技大學信息與軟件學院實驗報告（實驗）課程名稱計算機操作系統(tǒng)學生姓名康彪學生學號2013220202022電子科技大學教務處制表實驗名稱：生產(chǎn)者/消費者問題的實現(xiàn)實驗學時：2實驗內(nèi)容和目的：實驗目的：通過本實驗掌握進程間的同步和互斥機制的使用。實驗內(nèi)容：1、有一群生產(chǎn)者進程在生產(chǎn)產(chǎn)品，并將這些產(chǎn)品提供給消費者進程去消費。為使生產(chǎn)者進程與消費者進程能并發(fā)執(zhí)行，在兩者之間設置了一個具有n個緩沖區(qū)的緩沖池：生產(chǎn)者進程從文件中讀取一個數(shù)據(jù)，并將它存放到一個緩沖區(qū)中；消費者進程從一個緩沖區(qū)中取走數(shù)據(jù)，并輸出此數(shù)據(jù)。生產(chǎn)者和消費者之間必須保持同步原則：不允許消費者進程到一個空緩沖區(qū)去取產(chǎn)品；也不允許生產(chǎn)者進程向一個已裝滿產(chǎn)品且尚未被取走的緩沖區(qū)中投放產(chǎn)品。2、創(chuàng)建3進程（或者線程）作為生產(chǎn)者，4個進程（或者線程）作為消費者。創(chuàng)建一個文件作為數(shù)據(jù)源，文件中事先寫入一些內(nèi)容作為數(shù)據(jù)。3、生產(chǎn)者和消費者進程（或者線程）都具有相同的優(yōu)先級。實驗原理：利用進程間共享的信號量、互斥鎖等控制線程的同步。相關函數(shù)說明：信號量sem_tsem_init信號量初始化）、sem_wait（信號量值減一）、sem_post（信號量值加一）互斥量（線程）pthread_mutex_tpthread_mutex_init（互斥量初始化）pthread_mutex_lock（互斥量加鎖）pthread_mutex_unlock（互斥量解鎖）線程和進程pthread_t（線程）pid_t（進程）pthread_create（創(chuàng)建線程）fork（創(chuàng)建進程）pthread_join（等待線程結束）waitpid（停止目前進程的執(zhí)行，直到有信號來到或子進程結束）實驗器材（設備、元器件）學生每人一臺PC，安裝WindowsXP/2000操作系統(tǒng)。局域網(wǎng)絡環(huán)境。個人PC安裝VMware虛擬機和Ubuntu系統(tǒng)。實驗步驟：1.算法思想生產(chǎn)者線程生產(chǎn)物品，然后將物品放置在一個空緩沖區(qū)中供消費者線程消費。

消費者線程從緩沖區(qū)中獲得物品，然后釋放緩沖區(qū)。

當生產(chǎn)者線程生產(chǎn)物品時，如果沒有空緩沖區(qū)可用，那么生產(chǎn)者線程必須等待消費者線程釋放出一個空緩沖區(qū)。

當消費者線程消費物品時，如果沒有滿的緩沖區(qū)，那么消費者線程將被阻塞，直到新的物品被生產(chǎn)出來。

2.流程圖3.程序代碼#include<windows.h>#include<iostream.h>#include<fstream.h>#include<string.h>#include<conio.h>//聲明所需變量intin=0;intout=0;HANDLEh_Thread[20];//線程數(shù)組HANDLEempty_Semaphore;//表示空緩沖區(qū)的信號量HANDLEfull_Semaphore;//表示空緩沖區(qū)的信號量HANDLEmutex;structdata{intID;//序號chartype;//類型，是生產(chǎn)者還是消費者,porcdoubledelay;//線程延遲的時間，對應生產(chǎn)者生產(chǎn)產(chǎn)品的時間或消費者消費產(chǎn)品的時間};dataThreadInfo[20];//線程信息數(shù)組intlength;//線程信息數(shù)組中實際的線程個數(shù)voidProduce(void*p);//生產(chǎn)者進程voidConsume(void*p);//消費者進程voidinput(void);intmain(void){input();//初始化臨界區(qū)對象//InitializeCriticalSection(&PC_Critical);empty_Semaphore=CreateSemaphore(NULL,10,10,NULL);full_Semaphore=CreateSemaphore(NULL,0,10,NULL);mutex=::CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);cout<<"下面生產(chǎn)者和消費者開始工作!!"<<endl;cout<<endl;//創(chuàng)建生產(chǎn)者和消費者線程for(inti=0;i{if(ThreadInfo[i].type=='p')h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Produce),&(ThreadInfo[i]),0,NULL);elseif(ThreadInfo[i].type=='c')h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consume),&(ThreadInfo[i]),0,NULL);}//主程序等待各個線程的動作結束WaitForMultipleObjects(length,h_Thread,TRUE,-1);cout<<endl;::Sleep(100);cout<<"所有的生產(chǎn)者和消費者都完成了它們的工作!!"<<endl<<endl;return0;}//*****************************************************************************************//生產(chǎn)者進程//******************************************************************************************voidProduce(void*p){//局部變量聲明intmy_id;doublemy_delay;//從線程信息數(shù)組中獲得信息my_id=((data*)(p))->ID;my_delay=((data*)(p))->delay;//開始請求生產(chǎn)WaitForSingleObject(empty_Semaphore,-1);::WaitForSingleObject(mutex,-1);//EnterCriticalSection(&PC_Critical);cout<<"生產(chǎn)者"<<my_id<<"發(fā)出生產(chǎn)請求。"<<endl;cout<<endl;cout<<"生產(chǎn)者"<<my_id<<"生產(chǎn)......"<<endl;in=(in+1);Sleep(my_delay*10);cout<<"生產(chǎn)者"<<my_id<<"完成了生產(chǎn)。"<<endl<<endl;//LeaveCriticalSection(&PC_Critical);ReleaseSemaphore(full_Semaphore,1,NULL);::ReleaseMutex(mutex);}//*****************************************************************************************//消費者進程//******************************************************************************************voidConsume(void*p){//局部變量聲明intmy_id;doublemy_delay;//從線程信息數(shù)組中獲得信息my_id=((data*)(p))->ID;my_delay=((data*)(p))->delay;//開始請求消費WaitForSingleObject(full_Semaphore,-1);::WaitForSingleObject(mutex,-1);//EnterCriticalSection(&PC_Critical);cout<<"消費者"<<my_id<<"發(fā)出消費請求。"<<endl;cout<<endl;cout<<"消費者"<<my_id<<"消費......"<<endl;out=(out+1);Sleep(my_delay*10);cout<<"消費者"<<my_id<<"完成了消費。"<<endl<<endl;//LeaveCriticalSection(&PC_Critical)ReleaseSemaphore(empty_Semaphore,1,NULL);::ReleaseMutex(mutex)}//*****************************************************************************************//輸入進程信息的函數(shù)//******************************************************************************************voidinput(void){//定義局部變量intid;charch;doubletime;intk=0;cout<<"********請輸入線程信息:"<<endl;cout<<"********線程ID;"<<endl;cout<<"********線程的類型(生產(chǎn)者線程，還是消費者線程,p代表生產(chǎn)者，c代表消費者)；"<<endl;cout<<"********線程延遲時間。"<<endl;cout<<"********線程ID為0時結束線程信息的輸入!!"<<endl<<endl;while(id!=0){cout<<"pleaseinputathreadID."<<endl;cin>>id;ThreadInfo[k].ID=id;if(id==0)break;cout<<"pleaseinputathreadtype."<<endl;cin>>ch;ThreadInfo[k].type=ch;cout<<"pleaseinputathreaddelaytime:"<<endl;cin>>time;ThreadInfo[k].delay=time;k++;}length=k;cout<<endl<<"您輸入的線程信息為:"<<endl;for(intj=0;j{cout<<"thread"<<ThreadInfo[j].ID<<""<<ThreadInfo[j].type<<""<<ThreadInfo[j].delay<<endl;}}實驗及結果分析： 能夠正確模擬生產(chǎn)者