实验五 编程模拟生产者和消费者问题

实验五进程同步与互斥（时间：12月12号）1 目的要求1．掌握基本的同步与互斥算法，理解生产者消费者模型；2．学习使用Windows 20**/XP中基本的同步对象，掌握相关API的使用方法3．了解Windows 20**/XP中多线程的并发执行机制，实现进程的同步与互斥。

2 实验内容以生产者/消费者模型为依据，在Windows环境下创建n个线程模拟生产者和消费者，实现进程(线程)的同步与互斥。

3 所需实验设施设备PC、windows操作系统4 教学形式及过程演示、学生独立完成实验五编程模拟生产者和消费者问题一、实验内容模拟实现用同步机构避免发生进程执行时可能出现的与时间有关的错误。

二、实验目的进程是程序在一个数据集合上运行的过程，进程是并发执行的，也即系统中的多个进程轮流地占用处理器运行。

我们把若干个进程都能进行访问和修改的那些变量称为公共变量。

由于进程是并发地执行的，所以，如果对进程访问公共变量不加限制，那么就会产生“与时间有关”的错误，即进程执行后所得到的结果与访问公共变量的时间有关。

为了防止这类错误，系统必须要用同步机构来控制进程对公共变量的访问。

一般说，同步机构是由若干条原语——同步原语——所组成。

本实习要求学生模拟PV操作同步机构的实现，模拟进程的并发执行，了解进程并发执行时同步机构的作用。

三、实验题目模拟PV操作同步机构，且用PV操作解决生产者——消费者问题。

[提示]：(1) PV操作同步机构，由P操作原语和V操作原语组成，它们的定义如下：P操作原语P (s)：将信号量s减去1，若结果小于0，则执行原语的进程被置成等待信号量s的状态。

V操作原语V (s)：将信号量s加1，若结果不大于0，则释放一个等待信号量s的进程。

这两条原语是如下的两个过程：procedure p (var s: semaphore);begin s: = s-1;if s<0 then W (s)end {p}procedure v (var s: semaphore);egin s: = s+1;if s 0 then R (s)end {v}其中W（s）表示将调用过程的进程置为等待信号量s的状态；R（s）表示释放一个等待信号量s的进程。

操作系统课程设计报告专业计算机科学与技术学生姓名郑伟班级BM计算机091 学号0951401123指导教师李先锋完成日期2011年12月31日博雅学院题目：生产者与消费者问题的模拟实现一、设计目的本课程设计是学习完“操作系统原理”课程后进行的一次全面的综合训练，通过课程设计，更好地掌握操作系统的原理及实现方法，加深对操作系统基础理论和重要算法的理解，加强学生的动手能力。

二、设计内容1）概述用多进程同步方法解决生产者-消费者问题，C或C++语言实现。

设计目的:通过研究Linux 的进程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发控制。

说明:有界缓冲区内设有20个存储单元,放入/取出的数据项设定为1-20这20个整型数。

设计要求:(1)每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后,即时显示有界缓冲区的全部内容，当前指针位置和生产者/消费者县城的标识符。

(2)生产者和消费者各有两个以上。

(3)多个生产者或多个消费者之间须有共享对缓冲区进行操作的函数代码。

（提示:有界缓冲区可用数组实现）2）设计原理计算机系统中的每个进程都可以消费或生产某类资源。

当系统中某一进程使用某一资源时，可以看作是消耗，且该进程称为消费者。

而当某个进程释放资源时，则它就相当一个生产者。

因为有多个缓冲区，所以生产者线程没有必要在生成新的数据之前等待最后一个数据被消费者线程处理完毕。

同样，消费者线程并不一定每次只能处理一个数据。

在多缓冲区机制下，线程之间不必互相等待形成死锁，因而提高了效率。

多个缓冲区就好像使用一条传送带替代托架，传送带上一次可以放多个产品。

生产者在缓冲区尾加入数据，而消费者则在缓冲区头读取数据。

当缓冲区满的时候，缓冲区就上锁并等待消费者线程读取数据；每一个生产或消费动作使得传送带向前移动一个单位，因而，消费者线程读取数据的顺序和数据产生顺序是相同的。

可以引入一个count计数器来表示已经被使用的缓冲区数量。

用hNotEmptyEvent 和NotFullEvent 来同步生产者和消费者线程。

编程实现生产者消费者问题[cpp] view plaincopy#include &lt;stdio.h&gt; #include &lt;pthread.h&gt; #include &lt;semaphore.h&gt; #include &lt;unistd.h&gt; void *producter_f (void * arg); void*consumer_f (void *arg); sem_t empty; //信号量empty sem_t full; //信号量full int running = 1;int apple_num = 0; int main(void) { pthread_t consumer_t; //消费者pthread_t producter_t; //生产者//pshared表示信号量共享类型，为0时，表示只能在当前进程的//多个线程之间共享，不为0 时，是可以和其他进程间共享该信号量//使用信号量，用来协作生产者和消费者的顺序，即实现同步效果sem_init (&amp;empty,0,1); //初始化empty信号量sem_init (&amp;full,0,0); //初始化full信号量pthread_create(&amp;consumer_t,NULL,consumer_f,(void*)& amp;running); //创建消费者线程pthread_create(&amp;producter_t,NULL,producter_f,(void *)&amp;running); //创建生产者线程//sleep(1);//睡眠3 秒usleep(1000); //睡眠10微秒running = 0; pthread_join(consumer_t,NULL); pthread_join(producter_t,NULL);sem_destroy(&amp;empty); sem_destroy(&amp;full); return 0; } void *producter_f(void *arg){ while(*(int*)arg){ sem_wait(&amp;empty);apple_num++; printf("producter 生产了第%d 个苹果\n",apple_num); sem_post(&amp;full); usleep(1); } } void *consumer_f(void *arg){ while(*(int *)arg){ sem_wait(&amp;full);printf("consumer 消费了第%d 个苹果\n",apple_num); sem_post(&amp;empty); usleep(1); } }运行结果截图：。

实验报告五——生产者和消费者问题姓名：丛菲学号：20100830205 班级：信息安全二班一、实习内容•1、模拟操作系统中进程同步和互斥•2、实现生产者和消费者问题的算法实现二、实习目的•1、熟悉临界资源、信号量及PV操作的定义与物理意义•2、了解进程通信的方法•3、掌握进程互斥与进程同步的相关知识•4、掌握用信号量机制解决进程之间的同步与互斥问题•5、实现生产者－消费者问题，深刻理解进程同步问题三、实习题目•在Linux操作系统下用C实现经典同步问题：生产者—消费者，具体要求如下：(1)一个大小为10的缓冲区，初始状态为空。

(2)2个生产者，随机等待一段时间，往缓冲区中添加数据，若缓冲区已满，等待消费者取走数据之后再添加，重复10次。

(3)2个消费者，随机等待一段时间，从缓冲区中读取数据，若缓冲区为空，等待生产者添加数据之后再读取，重复10次。

•提示本实验的主要目的是模拟操作系统中进程同步和互斥。

在系统进程并发执行异步推进的过程中，由于资源共享和进程间合作而造成进程间相互制约。

进程间的相互制约有两种不同的方式。

（1）间接制约。

这是由于多个进程共享同一资源（如CPU、共享输入/输出设备）而引起的，即共享资源的多个进程因系统协调使用资源而相互制约。

（2）直接制约。

只是由于进程合作中各个进程为完成同一任务而造成的，即并发进程各自的执行结果互为对方的执行条件，从而限制各个进程的执行速度。

生产者和消费者是经典的进程同步问题，在这个问题中，生产者不断的向缓冲区中写入数据，而消费者则从缓冲区中读取数据。

生产者进程和消费者对缓冲区的操作是互斥，即当前只能有一个进程对这个缓冲区进行操作，生产者进入操作缓冲区之前，先要看缓冲区是否已满，如果缓冲区已满，则它必须等待消费者进程将数据取出才能写入数据，同样的，消费者进程从缓冲区读取数据之前，也要判断缓冲区是否为空，如果为空，则必须等待生产者进程写入数据才能读取数据。

在本实验中，进程之间要进行通信来操作同一缓冲区。

模拟生产者和消费者进程一、实验内容模拟实现用同步机构避免发生进程执行时可能出现的与时间有关的错误。

二、实验目的进程是程序在一个数据集合上运行的过程，进程是并发执行的，也即系统中的多个进程轮流地占用处理器运行。

我们把若干个进程都能进行访问和修改的那些变量称为公共变量。

由于进程是并发地执行的，所以，如果对进程访问公共变量不加限制，那么就会产生“与时间有关”的错误，即进程执行后所得到的结果与访问公共变量的时间有关。

为了防止这类错误，系统必须要用同步机构来控制进程对公共变量的访问。

一般说，同步机构是由若干条原语——同步原语——所组成。

本实习要求学生模拟PV操作同步机构的实现，模拟进程的并发执行，了解进程并发执行时同步机构的作用。

三、实验题目模拟PV操作同步机构，且用PV操作解决生产者——消费者问题。

[提示]：(1) PV操作同步机构，由P操作原语和V操作原语组成，它们的定义如下：P操作原语P (s)：将信号量s减去1，若结果小于0，则执行原语的进程被置成等待信号量s的状态。

V操作原语V (s)：将信号量s加1，若结果不大于0，则释放一个等待信号量s的进程。

这两条原语是如下的两个过程：procedure p (var s: semaphore);begin s: = s-1;if s<0 then W (s)end {p}procedure v (var s: semaphore);egin s: = s+1;if s 0 then R (s)end {v}其中W（s）表示将调用过程的进程置为等待信号量s的状态；R（s）表示释放一个等待信号量s的进程。

在系统初始化时应把semaphore定义为某个类型，为简单起见，在模拟实习中可把上述的semaphore直接改成integer。

(2) 生产者——消费者问题。

假定有一个生产者和一个消费者，生产者每次生产一件产品，并把生产的产品存入共享缓冲器以供消费者取走使用。

操作系统课程设计实验报告实验名称: 生产者消费者问题姓名/学号:一、实验目的以生产者和消费者问题为例, 学习Linux和Windows下进程通信、同步机制的具体实现方法, 主要是信号量和共享内存。

熟悉相关系统API的用法。

二、实验内容使用共享内存和信号量机制来实现多个生产者/消费者进程间的通信和同步。

要求在Linux和Windows下分别实现。

缓冲区大小为3, 初始为空。

2个生产者, 随机等待一段时间, 往缓冲区添加数据, 重复6次。

3个消费者, 重复4次。

三、实验环境Ubuntu 10.10 , GCC; Windows 7, VC 6.0;四、程序设计与实现1.Linux下:(1) 数据结构:a.共享内存定义为一个结构, 使得其数据成员更清晰且操作变得简单。

b.共享缓冲区采用循环队列的数据结构，由上面的结构struct buf { int start; int end; int info[BUF_NUM]; }维护。

其中start为队头指针, end为队尾指针, info为数据区域。

(2) 算法:a.大致由三个模块组成:i.主程序(main):ii.创建信号量、共享内存并进行初始化iii.创建生产者、消费者进程, 生产者执行pro_fun(), 消费者执行con_fun()iv.等待所有子进程的结束v.删除信号量、共享内存i.生产者进程(pro_fun):ii.通过key获得信号量、共享内存的ID, 将内存添加到自己的地址空间iii.P(empty), P(mutex), Add(data), V(mutex), V(full)iv.解除和共享内存的关联i.消费者进程(con_fun):ii.通过key获得信号量、共享内存的ID, 将内存添加到自己的地址空间iii.P(full), P(mutex), Add(data), V(mutex), V(empty)iv.解除和共享内存的关联循环队列部分:加入数据: info[end] = value; end = (end + 1) % 3;取出数据: temp = info[start]; info[start] = 0; (start = start + 1)%3; return temp;(3) 程序流程图:a.主函数：b.生产者进程:c.消费者进程和生产者类似4.Windows 下:(1) 数据结构:和Linux大致相同(2) 算法:a.创建的子进程调用正在执行的文件本身, 通过main函数的参数区分主进程和生产者、消费者进程。

操作系统实验生产者与消费者问题代码#include "stdafx.h"#include "windows.h"#include "fstream.h"#include "string"#include "conio.h"#define MAX_BUFFER_NUM 10#define INTE_PER_SEC 1000#define MAX_THREAD_NUM 64struct ThreadInfo{int serial;char entity;double delay;int thread_request[MAX_THREAD_NUM];int n_request;};CRITICAL_SECTION PC_Critical[MAX_BUFFER_NUM]; int Buffer_Critical[MAX_BUFFER_NUM];ThreadInforThread_Info[MAX_BUFFER_NUM]; HANDLE empty_semaphore;HANDLE h_mutex;DWORD n_Thread = 0;DWORD n_Buffer_or_Critical;HANDLE h_Semaphore[MAX_THREAD_NUM];void Produce (void *p);void Consume (void *p);bool IfInOtherRequest(int);int FindProducePosition();int FindBufferPosition(int);int main(void){DWORD wait_for_all;ifstream inFile;for (int i=0;i<max_buffer_num;i++)< p="">Buffer_Critical[i] = -1;for (int j=0;j<max_thread_num;j++)< p="">for (int k=0;k<max_thread_num;k++)< p=""> Thread?_Info[j].thread_request[k] = -1;Thread_Info[j].n_request = 0;}for (i=0;i<="" p="">inFile.open("test.txt")inFile>>n_Buffer_or_Critial;inFile.get();printf("输入文件是：\n")'printf ("%d\n",(int )n_Buffer_or_Critial);while(inFile){inFile >> Thread_Info[n_Thread].serial;inFile >> Thread_Info[n_Thread].entity;inFile >> Thread_Info[n_Thread].delay;char C ;inFile.get(C);while (C!'\n'&&!inFile.eof()){inFile>>Thread_Info[n_Thread].thread_request [Thread_Info[n_Thread].n_request++];inFile.get(C);}n_Thread++;}for (j=0;j<(int)n_Thread;j++){int Temp_serial = Thread__Info[j].serial;char Temp_ entity= Thread__Info[j].entity;double Temp_delay = Thread__Info[j].delay;printf ("\n thread%2d%c%f",T emp_serial,Temp_entity,T emp_delay);int Temp_request = Thread_Info[j].n_request;for (int k=0;k<temp_request;k++)< p="">printf("%d ",Thread_Info[j].thread_request[k]);cout<<end1;< p="">}printf("\n\n");empty_semaphore=CreateSemaphore(NULL,n_Buffer_or_Cri tical,n_Buffer_or_Critical,"semaphor e_for_empty");h_mutex = CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex_for_update");for (j=0;j<(int)n_Thread;j++){std::string lp = "semaphore_for_produce _";int temp = j;while(temp){char c = (char)(temp%10);lp+=c;temp/=10;}h_Semaphore[j+1]=CreateSemaphore(NULL,0,n_Thread,lp.c_str());for (i=0;i<(int)n_Thread;i++){if(Thread_Info[i].entity == 'p')h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Produce),&(Thread_Info[i]),0,NULL);elseh_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUT INE))(Consume),&(Thread_Info[i]),0,NULL);}wait_for_all = WaitForMultipleObjects(n_Thread,h_Thread,TRUE,-1);printf("\n\nALL producer and consumer have finished their work.\n");printf ("Press any key to quit!\n");_getch();return 0;}bool IfInOtherRequest(int req){for (int i=0;i<n_thread;i++)< p="">for (int j=0;j<thread_info[i].n_request;j++)< p="">if(Thread_Info[i].thread_request[j] == req)return TRUE;}int FindProducePosition(){int EmptyPosition;for(int i=0;i<n_buffer_or_critical;i++)< p="">if(Buffer_Critical[i] == -1){EmptyPosition = i;Buffer_Critical[i] == -2;break;}return EmptyPosition;}int FindBufferPosition(int propos){int Temppos;for (int i=0;i<n_buffer_or_critical;i++)< p="">Temppos = i;break;}return Temppos;}void produce(void*){DWORD wait_for_semaphore,wait_for_mutex,m_delay;int m_serial;m_serial = ((ThreadInfo*)(p))-serial;m_delay = (DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->delay *INTE_PER_SEC);Sleep(m_delay);printf ("producer %2d sends the produce require.\n",m_serial);wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(enpty_semaphore,-1);wait_for_mutex = WaitForSingleObject(h_mutex,-1);int producepos = FindProducePosition();ReleaseMutex(h_mutex);prientf("producer %2d begin to produce at position %2d.\n",m_serial,producepos);Buffer_Critical[producepos]=m_serial;printf("producer %2d finish producing :\n ",m_serial);printf("position[%2d]:%3d \n",producepos,Buffer_Clitical [produce-pos]);ReleaseSemaphore(h_Semaphore[m_serial],n_Thread,NULL);}void Consum(void*p){DWORD wait_for_semaphore.m_delay;int m_serial,m_requestNUM;int m_thread_request[MAX_THREAD_NUM];m_serial = ((ThreadInfo*)(p))->serial;m_delay = (DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->delay*INTE_PER_SEC);m_requestNum=((ThreadInfo*)(p))->n_request;for (int i=0;ithread_request[i]);sleep(m_delay);for(i=0;i<m_requestnum;i++){< p="">printf("Consumer %2d request to consume %2d product\n",m_serial,m_thread_request[i]);wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(h_Semaphore[m_thread_request[i]],-1;int Bufferpos= FindBufferPosition(m_thread_request[i]);EnterCriticalSection(&PC_Critical[Bufferpos]);printf "Consumer%2d begin to consum %2d product \n",m_serial,m_thread_request[i]);((ThreadInfo*)(p))->thread_request[i]=-1;if(!IfInOtherRequest(m_thread_request[i])){Buffer_Critical[Bufferpos]= -1;printf("Consumer%2d finish consuming %2d:\n",m_serial,m_thread_request[i]);rtintf(" position [%2d]:%3d.\n",Bufferpos,Buffer_Critical[Buffer-pos]);ReleaseSemaphore(empty_semaphore,1,NULL);}else{printf ("Consumer %2d finish consuming product %2d\n",m_serial,m_thread_request[i]);}LeaveCriticalSection(&PC_Critical[Bufferpos]);}}</m_requestnum;i++){<></n_buffer_or_critical;i++)<></n_buffer_or_critical;i++)<></thread_info[i].n_request;j++)<></n_thread;i++)<></end1;<></temp_request;k++)<></max_thread_num;k++)<></max_thread_num;j++)<></max_buffer_num;i++)<>。

实验一模拟生产者-消费者问题和读者-写者问题生产者-消费者问题一组生产者进程生产产品给一组消费者进程消费。

一个有n个缓冲区的缓冲池，生产者一次向一个缓冲区中投入消息，消费者从一个缓冲区中取得。

生产者——消费者问题实际上是相互合作进程关系的一种抽象。

该类问题不允许消费者进程到一个空缓冲区中取产品，同时也不允许生产者进程到一个已满且还没被取走的缓冲区中投放产品。

使用一个数组来表示具有n个(0，1，…，n-1)缓冲区的缓冲池。

用输入指针in来指示下一个可投放产品的缓冲区，每当生产者进程生产并投放一个产品后，in加1；用一个输出指针out来指示下一个可从中获取产品的缓冲区，每当消费者进程取走一个产品后，out加1。

缓冲池是循环数组。

可利用互斥信号量mutex实现诸进程对缓冲池的互斥使用；利用信号量empty和full分别表示缓冲池中空缓冲区和满缓冲区的数量。

本实验模拟了生产者——消费者问题。

实验内容与步骤清单1模拟了生产者——消费者问题。

步骤1：登录进入Windows 系统。

步骤2：在―开始‖菜单中单击―程序-Microsoft Visual Studio 6.0 – Microsoft Vis ual C++ 6.0‖命令，进入Visual C++窗口。

步骤3：在工具栏单击―打开‖按钮，在―打开‖对话框中找到并打开实验源程序1.cpp。

步骤4：单击―Build‖菜单中的―Compile 1.cpp‖命令，并单击―是‖按钮确认。

系统对1.cpp进行编译。

步骤5：编译完成后，单击―Build‖菜单中的―Build 1.exe‖命令，建立1.exe可执行文件。

操作能否正常进行？如果不行，则可能的原因是什么？运行结果（记录第一个消费者以及其执行前的记录）：读者-写者问题一个数据文件或者记录可被多个进程（或线程）共享。

其中，有些进程（或线程）要求读；而另一些进程（或线程）要求能写或者修改。

只要求读的进程（或线程）称为―Reader 进程‖，其他进程（或线程）称为―Witer进程（或线程）‖。

生产者消费者问题实验报告生产者消费者问题实验报告一、引言生产者消费者问题是计算机科学中一个经典的并发问题，主要涉及到多个线程之间的协作和资源的共享。

在本实验中，我们通过编写一个简单的程序来模拟生产者和消费者之间的交互过程，以深入理解该问题的本质和解决方案。

二、问题描述在生产者消费者问题中，有两类线程：生产者和消费者。

生产者线程负责生产一定数量的产品，而消费者线程则负责消费这些产品。

两类线程需要共享一个有限的缓冲区，生产者将产品放入缓冲区，而消费者从缓冲区中取出产品。

然而，缓冲区的容量是有限的，当缓冲区已满时，生产者需要等待，直到有空间可用。

同样地，当缓冲区为空时，消费者需要等待，直到有产品可用。

三、实验设计为了解决生产者消费者问题，我们采用了经典的解决方案——使用互斥锁和条件变量。

互斥锁用于保护共享资源的访问，保证同一时间只有一个线程可以访问共享资源。

而条件变量用于线程之间的通信，当某个条件不满足时，线程可以通过条件变量进入等待状态，直到条件满足时再被唤醒。

在我们的程序中，我们使用了一个有界缓冲区来模拟生产者消费者之间的交互。

缓冲区的大小可以通过参数进行设置。

我们创建了两个线程分别代表生产者和消费者，它们通过互斥锁和条件变量来实现同步。

生产者线程在缓冲区未满时将产品放入缓冲区，并通知消费者线程有产品可用；消费者线程在缓冲区非空时从缓冲区取出产品，并通知生产者线程有空间可用。

通过这种方式，我们保证了生产者和消费者之间的协作和资源的共享。

四、实验结果经过多次运行实验，我们观察到了以下现象：当生产者线程的生产速度大于消费者线程的消费速度时，缓冲区会被生产者填满，消费者需要等待；当消费者线程的消费速度大于生产者线程的生产速度时，缓冲区会被消费者清空，生产者需要等待。

只有当生产者和消费者的速度相等时，才能实现平衡的生产和消费。

此外，我们还发现在某些情况下，生产者和消费者线程可能出现死锁或饥饿现象。

死锁是指两个或多个线程相互等待对方释放资源，导致程序无法继续执行的情况。

计算机操作系统实验报告题目三大经典问题之生产者与消费者问题一、课程设计的性质与任务1、加深对并发协作进程同步与互斥概念的理解。

通过编写程序实现进程同步和互斥，使学生掌握有关进程（线程）同步与互斥的原理，以及解决进程（线程）同步和互斥的算法，从而进一步巩固进程（线程）同步和互斥等有关的内容。

2、掌握进程和线程的概念，进程（线程）的控制原语或系统调用的使用。

3、了解Windows2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。

学习使用Windows2000/XP中基本的同步对象，掌握相应的API函数。

4、培养学生能够独立进行知识综合，独立开发较大程序的能力。

5、培养提高学生软件开发能力和软件的调试技术。

6、培养学生开发大型程序的方法和相互合作的精神。

7、培养学生的创新意识。

8、培养学生的算法设计和算法分析能力。

9、培养学生对问题进行文字论述和文字表达的能力。

二、课程设计的内容及其要求在Windows?XP、Windows?2000等操作系统下，使用的VC、VB、Java或C等编程语言，采用进程（线程）同步和互斥的技术编写程序实现生产者消费者问题或哲学家进餐问题或读者-写者问题或自己设计一个简单进程（线程）同步和互斥的实际问题。

要求：（1）经调试后程序能够正常运行。

（2）采用多进程或多线程方式运行，体现了进程（线程）同步互斥的关系。

（3）程序界面美观。

三、实验原理本实验要求利用PV操作实现解决生产者——消费者问题中的同步问题。

此问题描述的是一群生产者进程在生产产品并将这些产品提供给消费者进程去消费，在两者之间设置了一个具有n个缓冲区的缓冲池，生产者进程将它所生产的产品放入一个缓冲区，消费者进程可从缓冲区中取走产品去消费，但它们之间必须保持同步，即不允许消费者进程到一个空缓冲区去取产品，也不允许生产者进程向一个已装满且尚未取出的缓冲区中投放产品，并且生产者消费者互斥使用缓冲区。

四、实验原理图五、算法实现（1）有一个生产者线程ProduceThread，有1个消费者进程CustomerThread；缓冲区为shareList。

操作系统实验（生产者消费者问题java实现）一实验目的1 深刻理解进程同步的概念。

2 掌握经典同步问题，生产者——消费者问题。

二实验设备PC机三实验内容在Java开发平台模拟经典进程同步问题，生产者——消费者问题。

四程序的主要代码import java.awt.*;import javax.swing.*;import java.awt.event.*;public class PAC extends JFrame{protected JButton producer1,producer2,producer3,consumer1,consumer2,consumer3; protected JTextField blank1,blank2,blank3,blank4,blank5;int[] array = new int[5];public PAC(){JPanel p1 = new JPanel(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER,2,2));p1.add(producer1 = new JButton("生产者1"));p1.add(producer2 = new JButton("生产者2"));p1.add(producer3 = new JButton("生产者3"));JPanel p2 = new JPanel(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER,2,2));p2.add(new JLabel("缓冲区"));p2.add(blank1 = new JTextField(5));p2.add(blank2 = new JTextField(5));JPanel p3 = new JPanel(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER,2,2));p3.add(consumer1 = new JButton("消费者1"));p3.add(consumer2 = new JButton("消费者2"));p3.add(consumer3 = new JButton("消费者3"));JPanel p4 = new JPanel(new GridLayout(4,1,2,2));p4.add(new JLabel("阻塞队列"));p4.add(blank3 = new JTextField(5));p4.add(blank4 = new JTextField(5));p4.add(blank5 = new JTextField(5));JPanel p5 = new JPanel(new GridLayout(3,1,10,50));p5.add(p1);p5.add(p2);p5.add(p3);JPanel p6 = new JPanel(new BorderLayout(3,3));p6.add(p4,BorderLayout.EAST);p6.add(p5,BorderLayout.CENTER);setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER,10,20)); this.getContentPane().add(p6);producer1.addActionListener(new ActionListener(){ public void actionPerformed(ActionEvent e){wh(1);}});producer2.addActionListener(new ActionListener(){ public void actionPerformed(ActionEvent e){wh(2);}});producer3.addActionListener(new ActionListener(){ public void actionPerformed(ActionEvent e){wh(3);}});consumer1.addActionListener(new ActionListener(){public void actionPerformed(ActionEvent e){whh(1);}});consumer2.addActionListener(new ActionListener(){public void actionPerformed(ActionEvent e){whh(2);}});consumer3.addActionListener(new ActionListener(){public void actionPerformed(ActionEvent e){whh(3);}});}public void wh(int n){for(int i = 0;i < 5; i++){if(array[i] == 0 && array[2] < 0){switch(-array[2]){case 1:consumer1.setEnabled(true);break;case 2:consumer2.setEnabled(true);break;case 3:consumer3.setEnabled(true);break;}array[2] = array[3];array[3] = array[4];array[4] = 0;break;}else if(array[i] == 0 ){if(array[1] == 0){array[i] = n;break;}if(array[1] != 0){array[i] = n;switch(n){case 1:producer1.setEnabled(false);break;case 2:producer2.setEnabled(false);break;case 3:producer3.setEnabled(false);break;}break;}}}blank1.setText(" " + array[0]);blank2.setText(" " + array[1]);blank3.setText(" " + array[2]);blank4.setText(" " + array[3]);blank5.setText(" " + array[4]);}public void whh(int n){if (array[0] != 0){switch(array[2]){case 1:producer1.setEnabled(true);break;case 2:producer2.setEnabled(true);break;case 3:producer3.setEnabled(true);break;}for (int k = 0; k < 4; k++)array[k] = array[k + 1];array[4] = 0;}else{for (int k = 2; k < 5; k++){if (array[k] == 0){array[k] = -n;switch(n){case 1:consumer1.setEnabled(false);break;case 2:consumer2.setEnabled(false);break;case 3:consumer3.setEnabled(false);break;}break;}}}blank1.setText(" " + array[0]);blank2.setText(" " + array[1]);blank3.setText(" " + array[2]);blank4.setText(" " + array[3]);blank5.setText(" " + array[4]);}public static void main(String[] args){PAC frame = new PAC();frame.pack();frame.setTitle("生产者与消费者问题实验");frame.setSize(500,300);frame.setLocationRelativeTo(null);frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);frame.setVisible(true);}}/**生产者1、2、3分别生产数字1、2、3；消费者1、2、3的消费请求进入阻塞队列后分别对应-1、-2、-3。

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(2) 消费者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;lb_mutex.Text = "1";lb_full.Text = "0";lb_empty.Text = "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lb_mutex.Text = "0";timer_consumer.Enabled = true;//启动消费者消费缓冲区产品}else{MessageBox.Show("缓冲区被占用，请等待。

生产者-消费者实验1.1实验目的和要求1.1.1实验目的操作系统的基本控制和管理控制都围绕着进程展开，其中的复杂性是由于支持并发和并发机制而引起的。

自从操作系统中引入并发程序设计后，程序的执行不再是顺序的，一个程序未执行完而另一个程序便已开始执行，程序外部的顺序特性消失，程序与计算不再一一对应。

并发进程可能是无关的，也可能是交互的。

然而，交互的进程共享某些变量，一个进程的执行可能会影响其他进程的执行结果，交互的并发进程之间具有制约关系、同步关系。

其中典型模型便是生产者-消费者模型。

本实验通过编写和调试生产者-消费者模拟程序，进一步认识进程并发执行的实质，加深对进程竞争关系，协作关系的理解，掌握使用信号量机制与P、V操作来实现进程的同步与互斥。

1.1.2实验要求1．用高级语言编写一个程序，模拟多个生产者进程和多个消费者进程并发执行，并采用信号量机制与P、V操作实现进程间同步与互斥。

2．撰写实验报告，报告应包含以下内容：（1）实验目的；（2）实验内容；（3）设计思路；（4）程序流程图；（5）程序中主要数据结构和函数说明；（6）带注释的源程序代码；（7）程序运行结果及分析；（8）实验收获与体会。

1.2预备知识1.2.1生产者—消费者问题生产者—消费者问题表述如下：如图3.1所示，有n个生产者和m个消费者，连接在具有k个单位缓冲区的有界环状缓冲上，故又称有界缓冲问题。

生产者不断生成产品，只要缓冲区未满，生产者进程pi所生产的产品就可投入缓冲区；类似的，只要缓冲区非空，消费者进程cj就可以从缓冲区取走并消耗产品。

图3.1 生产者—消费者问题示意图著名的生产者—消费者问题（producer-consumer problem）是计算机操作系统中并发进程内在关系的一种抽象，是典型的进程同步问题。

在操作系统中，生产者进程可以是计算进程、发送进程，而消费者进程可以是打印进程、接收进程等，解决好生产者—消费者问题就解决了一类并发进程的同步问题。

操作系统上机实验报告实验名称：生产者与消费者问题模拟实验目的：通过模拟生产者消费者问题理解进程或线程之间的同步与互斥。

实验内容：1、设计一个环形缓冲区，大小为10，生产者依次向其中写入1到20，每个缓冲区中存放一个数字，消费者从中依次读取数字。

2、相应的信号量；3、生产者和消费者可按如下两种方式之一设计；(1)设计成两个进程；(2)设计成一个进程内的两个线程。

4、根据实验结果理解信号量的工作原理，进程或线程的同步\互斥关系。

实验步骤及分析：一．管道（一）管道定义所谓管道，是指能够连接一个写进程和一个读进程的、并允许它们以生产者—消费者方式进行通信的一个共享文件，又称为pipe文件。

由写进程从管道的写入端（句柄1）将数据写入管道，而读进程则从管道的读出端（句柄0）读出数据。

（二）所涉及的系统调用1、pipe( )建立一无名管道。

系统调用格式pipe()参数定义int pipe();int [2];其中，[1]是写入端，[0]是读出端。

该函数使用头文件如下：#include <unistd.h>#inlcude <signal.h>#include <stdio.h>2、read( )系统调用格式:read(fd,buf,nbyte)功能：从fd所指示的文件中读出nbyte个字节的数据，并将它们送至由指针buf所指示的缓冲区中。

如该文件被加锁，等待，直到锁打开为止。

参数定义:int read(fd,buf,nbyte);int fd;char *buf;unsigned nbyte;3、write( )系统调用格式read(fd,buf,nbyte)功能：把nbyte 个字节的数据，从buf所指向的缓冲区写到由fd所指向的文件中。

如文件加锁，暂停写入，直至开锁。

参数定义同read( )。

（三）参考程序#include <unistd.h>#include <signal.h>#include <stdio.h>int pid1,pid2;main( ){int fd[2];char outpipe[100],inpipe[100];pipe(fd); /*创建一个管道*/while ((pid1=fork( ))==-1);if(pid1==0){lockf(fd[1],1,0);/*把串放入数组outpipe中*/sprintf(outpipe,"child 1 is using pipe!");/*向管道写长为50字节的串*/write(fd[1],outpipe,50);sleep(5); /*自我阻塞5秒*/lockf(fd[1],0,0);exit(0);}else{while((pid2=fork( ))==-1);if(pid2==0){lockf(fd[1],1,0); /*互斥*/sprintf(outpipe,"child 2 is using pipe!");write(fd[1],outpipe,50);sleep(5);lockf(fd[1],0,0);exit(0);}else{wait(0); /*同步*/read(fd[0],inpipe,50);/*从管道中读长为50字节的串*/printf("%s\n",inpipe);wait(0);read(fd[0],inpipe,50);printf("%s\n",inpipe);exit(0);}}}编写过程：运行结果：二、信号机制（一）信号的基本概念每个信号都对应一个正整数常量(称为signal number,即信号编号。

第一篇：操作系统实验报告经典生产者—消费者问题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#。

中南大学操作系统实验报告实验内容：Java多线程模拟生产者消费者问题实验时间：2014年5月指导老师：胡小龙老师姓名：代巍班级：信安1201班学号：**********一、实验目的对操作系统的整体进行一个模拟，通过实践加深对各个部分的管理功能的认识，还能进一步分析各个部分之间的联系，最后达到对完整系统的理解。

可以提高运用操作系统知识解决实际问题的能力；锻炼实际的编程能力，要达到以下要求。

（1）掌握进程（线程）的同步与互斥。

（2）掌握生产者消费者问题的实现方法。

（3）掌握多线程编程方法。

二、实验内容实现生产者消费者问题。

（1）假设循环缓冲队列共有多个缓冲单元。

（2）生产者线程的工作：生产出一个产品（即产生一个产品编号），按顺序往缓冲队列中“空”的缓冲单元放产品。

（3）消费者线程与的工作：从缓冲队列装有产品的缓冲单元中取出一个产品（即产品编号）。

（4）保证两个线程间的互斥和同步（5）在界面上打印缓冲队列的变化情况三、实验原理（1）生产者—消费者问题是一种同步问题的抽象描述。

（2）计算机系统中的每个进程都可以消费或生产某类资源。

当系统中某一进程使用某一资源时，可以看作是消耗，且该进程称为消费者。

（3）而当某个进程释放资源时，则它就相当一个生产者。

模式还需要有一个缓冲区处于生产者和消费者之间，作为一个中介。

生产者把数据放入缓冲区，而消费者从缓冲区取出数据。

大概的结构如下图。

四、实验思想概述在操作系统中,线程有时被称为轻量级进程,是CPU使用的基本单位,它与属于同一进程的其他进程共享其他代码段、数据段和其他操作系统资源。

在Java中,线程的建立有两种方法:继承Thread类和实现Runnable接口。

其中,采用实现Runnable接口建立线程的好处是允许同时继承其他类从而实现多继承,并且在Java中,可采用synchronized或Object类的方法wait(),notify(),notifyAll()来实现多线程同步。

实验5 模拟生产者-消费者实验
实验目的
（1）掌握信号量及互斥信号量的使用方法；
（2）掌握共享存储区的使用方法。

实验原理
生产者-消费者(producer-consumer)问题是一个著名的进程同步问题。

它描述的是：有一群生产者进程在生产产品，并将这些产品提供给消费者进程去消费。

为使生产者进程与消费者进程能并发执行，在两者之间设置了一个具有n个缓冲区的缓冲池，生产者进程将它所生产的产品放入一个缓冲区中；消费者进程可从一个缓冲区中取走产品去消费。

尽管所有的生产者进程和消费者进程都是以异步方式运行的，但它们之间必须保持同步，即不允许消费者进程到一个空缓冲区去取产品；也不允许生产者进程向一个已装满产品且尚未被取走的缓冲区中投放产品。

为了保证数据的一致性，必须将信号量机制引入到生产者-消费者问题之中。

对于n个缓冲区，设置互斥信号量mutex使诸进程实现对缓冲池的互斥使用；利用资源信号量empty和full分别表示缓冲池中空缓冲区和满缓冲区的数量。

又假设生产者和消费者进程相互等效，只要缓冲池未满，生产者便可将消息送入缓冲池；只要缓冲池未空，消费者便可从缓冲池中取走一个消息。

6.4 实验内容
模拟生产者-消费者工作机制，由串口接收任务不断接收用户从超级终端输入的数据，模拟成数据的生产者，并将数据存放到共享缓冲区中；由LCD任务不断从共享缓冲区中读取数据，并显示出来，模拟成消费者。