《操作系统》实验报告2016年1月8日指导教师对实验报告的评语成绩：指导教师签字：年月日一、设计目标●完成N个生产者和M个消费者线程之间的并发控制，N、M不低于30，数据发送和接收缓冲区尺寸不小于20个（每个产品占据一个）。
●其中生产者线程1、3、5、7、9生产的产品供所有奇数编号的消费者线程消费，只有所有奇数编号的消费者线程都消费后，该产品才能从缓冲区中撤销。
●其中生产者线程2、4、6、8、10生产的产品所有偶数编号的消费者线程都可消费，任一偶数编号消费者线程消费该消息后，该产品都可从缓冲区中撤销。
●其中11-20号生产者线程生产的产品仅供对应编号的消费者线程消费。
●其他编号生产者线程生产的产品可由任意的消费者线程消费。
●每个生产线程生产30个消息后结束运行。
如果一个消费者线程没有对应的生产者线程在运行后，也结束运行。
所有生产者都停止生产后，如果消费者线程已经没有可供消费的产品，则也退出运行。
二、背景知识说明原理利用进程间共享的信号量、互斥锁等控制线程同步。
相关函数说明pthread_create()：创建一个线程pthread_join()：阻塞当前的线程，直到另外一个线程运行结束pthread_mutex_init()：初始化互斥锁pthread_mutex_lock()：占有互斥锁（阻塞操作）pthread_mutex_unlock()：释放互斥锁sem_wait()：获取信号量sem_post()：释放信号量三、设计设计环境Linux操作系统（ubuntu12.04）gcc 4.6c语言Posix线程库编译命令：gcc consumer.c -lpthread -o consumer概要设计及详细设计图注释：(1)图：主函数流程(2)图：生产者流程(3)图：消费者流程（1）图(2) 图（3）图重要代码注释：#include<stdio.h>#include<malloc.h>#include<pthread.h>#include<semaphore.h>#define BUFFER_SIZE 30#define OVER (-1)struct Product{int tid;int data;};struct producers{//定义生产者条件变量结构struct Product buffer[BUFFER_SIZE];//缓冲区sem_t sem_read; // 读信号量sem_t sem_write; // 写信号量pthread_mutex_t wlock; // 缓冲区写锁pthread_mutex_t rlock; // 缓冲区读锁pthread_mutex_t lock; // thread_count的读写锁int readpos , writepos;//读写位置};struct producers buffer;int thread_count = 30; //存活生产者计数//用于在线程内部标识线程IDint ids[30] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30}; int count = 0; // 计数消费产品数量int pcount = 0; // 计数生产产品数量void init(){//初始化相关锁和变量以及信号量buffer.readpos = 0;buffer.writepos = 0;//写信号量比缓冲区小1，防止缓冲区满和缓冲区空分不清sem_init(&buffer.sem_write, 0, BUFFER_SIZE-1);sem_init(&buffer.sem_read, 0, 0);pthread_mutex_init(&buffer.wlock, NULL);pthread_mutex_init(&buffer.rlock, NULL);pthread_mutex_init(&buffer.lock, NULL);}void put(int tid, int data){//缓冲区中放入一个数据sem_wait(&buffer.sem_write);//生产前先加锁，已防止其他线程同时生产pthread_mutex_lock(&buffer.wlock);buffer.buffer[buffer.writepos].tid = tid;buffer.buffer[buffer.writepos].data = data;buffer.writepos ++;++ pcount;if( buffer.writepos >= BUFFER_SIZE )buffer.writepos = 0;pthread_mutex_unlock(&buffer.wlock);sem_post(&buffer.sem_read);}//读数据并移走struct Product * get(int tid){struct Product * produce = NULL;//消费前先上锁，以防止其他线程同时消费pthread_mutex_lock(&buffer.rlock);// 如果生产者线程没有全部退出，或者缓冲区内仍有产品，则说明可以尝试去获取产品if(thread_count > 0 || buffer.readpos != buffer.writepos){//从信号量的值减去一个“1”，但它永远会先等待该信号量为一个非零值才开始做减法sem_wait( &buffer.sem_read );int pos = buffer.readpos;// 在已有产品中迭代，查找适合的产品while(pos != buffer.writepos){int id = buffer.buffer[pos].tid;if(id >10 && id <=20 && tid == id){ //如果产品是的生产者线程号10<id<=20 则可以供和它的线程号相同的消费者线程消费produce = (struct Product *)malloc(sizeof(struct Product));produce->tid = id;produce->data = buffer.buffer[pos].data;break;}else if(id <= 10 && (id%2 == tid%2)){ //如果产品是的生产者线程号<=10 则可以供和它的线程号奇偶性相同的消费者消费produce = (struct Product *)malloc(sizeof(struct Product));produce->tid = id;produce->data = buffer.buffer[pos].data;break;}else if(id > 20){ //如果产品是的生产者线程号>20则可以供任何消费者消费produce = (struct Product *)malloc(sizeof(struct Product));produce->tid = id;produce->data = buffer.buffer[pos].data;break;}pos = (pos+1)%BUFFER_SIZE;}if( produce ){ //如果取得了产品，消费计数+1，将在队头的元素覆盖到被取走的位置++ count;buffer.buffer[pos].tid = buffer.buffer[buffer.readpos].tid;buffer.buffer[pos].data = buffer.buffer[buffer.readpos].data;++ buffer.readpos;}if( buffer.readpos >= BUFFER_SIZE )buffer.readpos = 0;//如果取得了产品则释放一个缓冲区可写的信号量，否则释放一个可读的信号量if( produce )sem_post(&buffer.sem_write);elsesem_post(&buffer.sem_read);pthread_mutex_unlock(&buffer.rlock);}elsepthread_mutex_unlock(&buffer.rlock);return produce;}void *producer(void *data){ //每个线程循环生产30个产品int tid = *((int *)data);int n;for(n = 1; n <= 30; n++){printf("producer %d product %d \n", tid, n);put(tid, n);}// 每退出一个生产者线程后，thread_count 减1pthread_mutex_lock(&buffer.lock);-- thread_count;pthread_mutex_unlock(&buffer.lock);return NULL;}void *consumer(void * data){int tid = *((int *)data);struct Product *d = NULL;while(1){d = get(tid);if( d ) {printf("consumer %d consum %d from Producer %d \n", tid, d->data,d->tid);free(d);}pthread_mutex_lock(&buffer.lock);// 当所有生产者线程已退出，且缓冲区内已没有该线程可消费的产品时，退出该线程if(d == NULL && thread_count == 0 ){pthread_mutex_unlock(&buffer.lock);break;}elsepthread_mutex_unlock(&buffer.lock);}return NULL;}int main(void){pthread_t th_a[30], th_b[30];void *retval;init(&buffer);int i;for(i = 0; i<30; ++i){ // 创建生产者和消费者pthread_create(&th_a[i], NULL, producer, &ids[i]);pthread_create(&th_b[i], NULL, consumer, &ids[i]);}for(i = 0; i<30; ++i){ // 将线程加入到主线程组pthread_join(th_a[i], &retval);pthread_join(th_b[i], &retval);}printf("product %d products\n", pcount);printf("consume %d products\n", count);return 0;}四、测试测试数据文件格式测试数据由程序内部生成运行结果分析运行./consumer cat > output.txt 将输出结果保存在output.txt中待分析。
![操作系统实验报告经典生产者—消费者问题范文大全[修改版]](https://img.taocdn.com/s1/m/81367c57d1f34693dbef3ed3.png)
