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  • 操作系统实验报告经典生产者—消费者问题

    时间:2020-11-22 11:38:06 来源:蒲公英阅读网 本文已影响 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索:生产者 操作系统 消费者

     实 验 二 经 典 的 生 产 者 — 消 费 者 问 题

     一、目的

     实现对经典的生产者—消费者问题的模拟,以便更好的理解经典进程同步问题。

     二、实验内容及要求

     编制生产者—消费者算法,模拟一个生产者、一个消费者,共享一个缓冲池的情形。

     1、实现对经典的生产者—消费者问题的模拟,以便更好的理解此经典进程同步问题。生产者- 消费者问题是典型的 PV 操作问题,假设系统中有一个比较大的缓冲池,生产者的任务是只要缓冲池未满就可以将生产出的产品放入其中,而消费者的任务是只要缓冲池未空就可以从缓冲池中拿走产 品。缓冲池被占用时,任何进程都不能访问。

     2、每一个生产者都要把自己生产的产品放入缓冲池,每个消费者从缓冲池中取走产品消费。在这种情况下,生产者消费者进程同步,因为只有通过互通消息才知道是否能存入产品或者取走产品。他们之间也存在互斥,即生产者消费者必须互斥访问缓冲池,即不能有两个以上的进程同时进行。

     三、生产者和消费者原理分析

     在同一个进程地址空间内执行两个线程。

     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。

     消费者线程从缓冲区中获得物品, 然后释放缓冲区。

     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一个空缓冲区。

     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挡,直到新的物品被生产出来。

     四、生产者与消费者功能描述:

     生产者功能描述:在同一个进程地址空间内执行两个线程。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。

     消费者功能描述:消费者线程从缓冲区获得物品,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。

     五、实验环境

     操作系统环境:

     Windows 系统。编程语言:

     C#。

     六、生产者与消费者的思路和设计

     1、程序流程图 (1) 生产者 开 始 生产产品 Wait empty ≤ 0 Y N Wait 缓冲区内已满, 已无 可用缓冲区 N Mutex=1 Y 缓冲区正被其他 程占用 进 存入缓冲区 empty = empty- 1 Signal Signal (full) 结 束

     (2) 消费者

      开 始 Wait (full) 消费请求 full ≤ 0 Y N Wait 缓冲区内产品已空, 不能进行消费 N Mutex=1 Y 消 费 缓冲区正被其他 程占用 进 full = full - 1 Signal Signal 结 束

     2、主要程序代码 // 初始化变量 private void Form1_Load(object sender, EventArgs e) { mutex = 1; // 互斥信号量 full = 0; // 缓冲池中满缓冲区的数量 empty = 5;// 缓冲池中空缓冲区的数量 count1 = 0;// 生产的产品数目 i = 0; = "1"; = "0"; = "5"; } // 消费者从缓冲区中消费一个产品 private void consumer_Click(object sender, EventArgs e) { if (full > 0) { // 消费者已进入互斥临界区 if (mutex == 1) // 申请进入临界区 { mutex = 0; // 消费者已进入互斥临界区 = "0"; = true;// 启动消费者消费缓冲区产品 } else { (" 缓冲区被占用,请等待。。。

     ", " 信息提 "; } } else { (" 缓冲区为空,不能消费 !", " 信息提示 ", ; } } // 生产者向缓冲区中存入一个产品 private void producer_Click(object sender, EventArgs e) {

     count1 = count1 + if (empty > 0) { 1;

     //

     // 生产一个产品

     有缓冲区可放产品 if (mutex == 1) {

     //

     申请进入临界区 mutex = 0;

     //

     生产者已进入临界区 = "0";

     (); // 启动生产者将产品放入缓冲区 } else { // 不能进入临界区 count1 = count1 - 1; (" 缓冲区被占用,请等待。。。

     ", " 信息提示 ", ; } } else { (" 缓冲区已满 !", " 信息提示 ", ; // 无缓冲区可放产品 count1 = count1 - 1; } } // 生产者 private void timer1_Tick_1(object sender, EventArgs e) { if (bool1) { switch (count1) { case 1: = true; break; case 2: = true; break; case 3: = true; break; case 4: = true; break; case 5: = true; break; } = " 生产者进程占用缓冲区,请等待。。。。

     "; bool1 = false; } else { switch (count1) { case 1: = false; break; case 2: = false; break; case 3: = false; break; case 4: = false; break; case 5: = false; break; } = " 生产者进程占用缓冲区,请等待。。。。

     "; bool1 = true; } i = i + 1; if (i == 5)

     { // 循环缓冲区,首尾相接 i = 0; = false; mutex = 1; = "1"; switch (count1) { case 1: = true; break; case 2: = true; break; case 3: = true; break; case 4: = true; break; case 5: = true; break; } full = full + 1; = (); empty = empty - 1; = (); = " 生产结束 !"; } } // 消费者 private void timer_consumer_Tick(object sender, EventArgs e) { if(bool1){ switch(count1){ case 1: = true; break; case 2: = true; break; case 3: = true; break; case 4: = true; break; case 5: = true; break; } = " 消费者进程占用缓冲区,请等待。。。。

     "; bool1 =false; } else{ switch(count1){ case 1: = false; break; case 2: = false; break; case 3: = false; break; case 4: = false; break; case 5: = false; break; } = " 消费者进程占用缓冲区,请等待。。。。

     "; bool1= true; }

     i = i + 1; if(i==5){ i = 0; = false; mutex = 1; = "1"; switch(count1){ case 1: = false; break; case 2: = false; break; case 3: = false; break; case 4: = false; break; case 5: = false; break; } count1 = count1 - 1; full = full - 1; = (); empty = empty+1; =(); =" 消费结束!

     "; } 3、运行界面和运行结果 一般情况下,点一次生产者按纽, mutex 由 1 变为 0,缓冲区呈现闪烁状态(表示正在存储)

     , 此时不可以再进行缓冲区操作,否则将显示“生产者进程正在占用缓冲区,请等待” 。闪烁约秒后, mutex 由 0 变为 1,闪烁停止,表示存储过程结束;点一次消费者按纽, mutex 由 1 变为 0,缓冲区呈现闪烁状态(表示正在消费)

     ,此时不可以再进行缓冲区操作,否则将显示“消费者进程正在占用缓 冲区,请等待” 。闪烁约秒后, mutex 由 0 变为 1,闪烁停止,表示消费过程结束。缓冲池满后,若再点生产者按纽,会给出信息提示:

     “缓冲区已满 ! ”。

     缓冲池空后,若再点消费者按纽,也会给出信息提示:

     “缓冲区为空,不能消费 ! ” 。

     在存储状态或消费状态(闪烁状态)

     ,无论是点生产者按纽还是消费者按纽都会给出“缓冲区被占用,请等待。。”信息提示。

     七、心得体会

     本次实验是关于生产者与消费者之间互斥和同步的问题。问题的是指是 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验问题, 通过此原理举一反三可以解决其他类似的问题。

     通过本实验设计,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。

     实验中,我们小组分工合作,共同学习,虽然在实验中遇到了一些问题,但在老师和同学的细心指导和热心帮助下解决了。同时,了解到团队精神的重要性,也为以后的学习和工作打下了坚实的基础,同时积累了宝贵的经验。

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