生產(chǎn)者消費(fèi)者實(shí)驗(yàn)報(bào)告-3

操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告2012年11月12日學(xué)號(hào)10081141081008114120姓名宋芳芳王林燕時(shí)間11月12日專業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級(jí)計(jì)科二班實(shí)驗(yàn)題目：生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題的實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?．熟悉臨界資源、信號(hào)量及PV操作的定義與物理意義；2．了解進(jìn)程通信的方法；3．掌握進(jìn)程互斥與進(jìn)程同步的相關(guān)知識(shí)；4．掌握用信號(hào)量機(jī)制解決進(jìn)程之間的同步與互斥問題；5．實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者－消費(fèi)者問題，深刻理解進(jìn)程同步問題。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：說明：有界緩沖區(qū)內(nèi)設(shè)有5個(gè)存儲(chǔ)單元,放入/取出的數(shù)據(jù)項(xiàng)設(shè)定為1-5這5個(gè)整型數(shù)。實(shí)驗(yàn)要求：(1)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者消費(fèi)者問題模擬，顯示每次添加和讀取數(shù)據(jù)時(shí)緩沖區(qū)的狀態(tài)，生產(chǎn)者和消費(fèi)者用進(jìn)程模擬，緩沖區(qū)用共享內(nèi)存來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)生產(chǎn)者和消費(fèi)者對(duì)有界緩沖區(qū)進(jìn)行操作后,即時(shí)顯示有界緩沖區(qū)的全部?jī)?nèi)容,當(dāng)前指針位置和生產(chǎn)者/消費(fèi)者線程的標(biāo)識(shí)符。Buffer（共享內(nèi)存）生產(chǎn)者進(jìn)程消費(fèi)者進(jìn)程(2)一個(gè)大小為5的緩沖區(qū)，初始為空；1個(gè)生產(chǎn)者：隨機(jī)等待一段時(shí)間，往緩沖區(qū)添加數(shù)據(jù)，若緩沖區(qū)已滿，等待消費(fèi)者取走數(shù)據(jù)后再添加，重復(fù)5次。1個(gè)消費(fèi)者：隨機(jī)等待一段時(shí)間，從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，若緩沖區(qū)為空，等待生產(chǎn)者添加數(shù)據(jù)后再讀取，重復(fù)5次。實(shí)驗(yàn)原理：(1)通過一個(gè)有界緩沖區(qū)把生產(chǎn)者消費(fèi)者聯(lián)系起來。假定生產(chǎn)者消費(fèi)者的優(yōu)先級(jí)是相同的，只要緩沖區(qū)未滿，生產(chǎn)者就可以生產(chǎn)產(chǎn)品并將產(chǎn)品送入緩沖區(qū)。類似地，只要緩沖區(qū)未空，消費(fèi)者就可以從緩沖區(qū)中取走產(chǎn)品。應(yīng)該禁止生產(chǎn)者向滿的緩沖區(qū)送入產(chǎn)品，同時(shí)也應(yīng)該禁止消費(fèi)者從空的緩沖區(qū)中取出產(chǎn)品，這一機(jī)制有生產(chǎn)者線程和消費(fèi)者線程之間的互斥關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)者和消費(fèi)者兩進(jìn)程P和C之間應(yīng)滿足下列兩個(gè)同步條件：①只有在緩沖池中至少有一個(gè)緩沖區(qū)已存入消息后，消費(fèi)者才能從中提取信息，否則消費(fèi)者必須等待。②只有緩沖池中至少有一個(gè)緩沖區(qū)是空時(shí)，生產(chǎn)者才能把消息放入緩沖區(qū)，否則生產(chǎn)者必須等待。為了滿足第一個(gè)同步條件，設(shè)置一個(gè)同步信號(hào)量full，它代表的資源是緩沖區(qū)滿，它的初始值為0，它的值為n==5時(shí)整個(gè)緩沖池滿。這個(gè)資源是消費(fèi)者進(jìn)程所有，消費(fèi)者進(jìn)程可以申請(qǐng)?jiān)撡Y源，對(duì)它施加P操作，生產(chǎn)者進(jìn)程P對(duì)它施加V操作。為了滿足第二個(gè)同步條件，設(shè)置另一個(gè)同步信號(hào)量empty，它代表的資源是緩沖空區(qū)，它的初始值為n，表示緩沖池中所有緩沖區(qū)空。信號(hào)量full表示可用緩沖區(qū)數(shù)量，信號(hào)量empty表示緩沖區(qū)數(shù)量，設(shè)置整型變量：存入指針in和取出指針out。(2)設(shè)置兩個(gè)資源信號(hào)量，其中一個(gè)表示空緩沖區(qū)的數(shù)目，用g_hFullSemaphore表示，其初始值為有界緩沖區(qū)的大小SIZE_OF_BUFFER；另一個(gè)表示緩沖區(qū)中產(chǎn)品的數(shù)目，用g_hEmptySemaphore表示，其初始值為0.另外，由于有界緩沖區(qū)是一個(gè)臨界資源，必須互斥使用，所以還需要在設(shè)置一個(gè)互斥信號(hào)量Mutex，初始值為1.(3)程序中各主要函數(shù)的功能如下：生成信號(hào)量：intsem_creat(key_tkey,intvalue)刪除信號(hào)量：voiddel_sem(intsemid)p操作intp(intsemid){structsembufsops={0,-1,SEM_UNDO};return(semop(semid,&sops,1));}v操作intv(intsemid){structsembufsops={0,+1,SEM_UNDO};return(semop(semid,&sops,1));}生產(chǎn)者執(zhí)行的代碼：voidproducer(key_tkeyFull,key_tkeyEmpty,key_tkeymutex)消費(fèi)者執(zhí)行的代碼：voidconsumer(intfull,intempty,intmutex)實(shí)驗(yàn)步驟：打開Unix系統(tǒng)，新建Pro.c文件，存入根目錄root。點(diǎn)擊右鍵，有新建終端選項(xiàng)，進(jìn)入vi編輯器。輸入指令vipro.c,鍵入i進(jìn)入編輯狀態(tài)，輸入如下代碼：用gccgcc命令編譯源文件pro.c。具體指令為gcc-opropro.c-lrt./pro.c實(shí)驗(yàn)結(jié)果：程序代碼：#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/sem.h>#include<sys/mman.h>//提供了共享內(nèi)存的相關(guān)操作#include<fcntl.h>#include<sys/stat.h>unionsemun{intval;structsemid_ds*buf;unsignedshort*array;}arg;//生成信號(hào)量intsem_creat(key_tkey,intvalue){unionsemunsem;intsemid;sem.val=value;semid=semget(key,1,IPC_CREAT|0666);if(-1==semid){printf("createsemaphoreerror\n");exit(-1);}semctl(semid,0,SETVAL,sem);returnsemid;}//刪除信號(hào)量voiddel_sem(intsemid){unionsemunsem;sem.val=0;semctl(semid,0,IPC_RMID,sem);}//p操作intp(intsemid){structsembufsops={0,-1,SEM_UNDO};return(semop(semid,&sops,1));}//v操作intv(intsemid){structsembufsops={0,+1,SEM_UNDO};return(semop(semid,&sops,1));}int*buffer;//int*pData;intin=0,out=0;intvalue_read=0,value_write=0;intfull,empty,mutex;voidproducer(key_t,key_t,key_t);//生產(chǎn)者所執(zhí)行的代碼voidconsumer(int,int,int);intmain(void){ key_tkeyFull,keyEmpty,keymutex; intfd; pid_tpid;void*ptr;//指向共享內(nèi)存的指針/*shm_open是一個(gè)POSIX函數(shù)，用來打開或創(chuàng)建一個(gè)與“/shm”關(guān)聯(lián)的共享內(nèi)存區(qū)*/ if((fd=shm_open("/shm",O_RDWR|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR))==-1) { printf("shm_openerror\n");/*出錯(cuò)提示*/ } if(ftruncate(fd,5*sizeof(int))==-1)/*截短共享內(nèi)存的長(zhǎng)度到我們所需要的長(zhǎng)度*/ { printf("ftruncateerror\n"); } if((ptr=mmap(0,5*sizeof(int),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0))==MAP_FAILED)/*將共享內(nèi)存映射到進(jìn)程地址空間*/ { printf("mmaperror"); } buffer=(int*)ptr; keyFull=ftok("/",0);keyEmpty=ftok("/",1);keymutex=ftok("/",3);full=sem_creat(keyFull,0);empty=sem_creat(keyEmpty,5);mutex=sem_creat(keymutex,1); switch(pid=fork()) { case-1:/*生成子進(jìn)程失敗*/ break; case0:/*子進(jìn)程*/ producer(keyFull,keyEmpty,keymutex);/*子進(jìn)程是生產(chǎn)者*/ sleep(2); break; default: consumer(full,empty,mutex);/*父進(jìn)程是消費(fèi)者*/ break;}wait(0);shm_unlink("/shm");/*刪除共享內(nèi)存區(qū)，程序中基本上保證了子進(jìn)程先退出，因此父進(jìn)程中無wait操作且這部操作放在父進(jìn)程這里*/ //shmctl(shmid,IPC_RMID,&buf); //del_sem(semid); return0;}/*生產(chǎn)者寫5次后退出*/voidproducer(key_tkeyFull,key_tkeyEmpty,key_tkeymutex){full=semget(keyFull,1,0);empty=semget(keyEmpty,1,0);mutex=semget(keymutex,1,0); while(value_write<5)/*退出條件判定*/ {printf("PrepareWrite\n");printf("emptynumP1:%d\n",semctl(empty,0,GETVAL,0)); p(empty);/*是否有空緩沖區(qū)，有則占有，無則被掛起，是原子操作*/ printf("emptynumP2:%d\n",semctl(empty,0,GETVAL,0));printf("mutexnum1%d\n",semctl(mutex,0,GETVAL,0));p(mutex);printf("mutexnum2%d\n",semctl(mutex,0,GETVAL,0)); value_write++; buffer[in]=value_write;printf("write%5dtoposition%5d\n",buffer[in],in+1);in=(in+1)%5; printf("mutexnum1%d\n",semctl(mutex,0,GETVAL,0));v(mutex);printf("mutexnum2%d\n",semctl(mutex,0,GETVAL,0)); printf("fullnumV1:%d\n",semctl(full,0,GETVAL,0)); v(full);/*寫完一個(gè)緩沖區(qū)，釋放信號(hào)量full（值加1）*/printf("fullnumV2:%d\n",semctl(full,0,GETVAL,0));printf("WriteFinish\n");//sleep(1); }}/*消費(fèi)者讀5次后退出*/voidconsumer(intfull,intempty,intmutex){while(value_read<5)/*退出條件判定*/ {printf("PrepareRead\n");printf("fullnumP1:%d\n",semctl(full,0,GETVAL,0)); p(full);/*獲取信號(hào)量*/ printf("fullnumP1:%d\n",semctl(full,0,GETVAL,0)); printf("mutexnum1%d\n",semctl(mutex,0,GETVAL,0));p(mutex);printf("mutexnum2%d\n",semctl(mutex,0,GETVAL,0)); printf("read%5dfrompositio