实验报告五生产者和消费者问题概要

生产者消费者实验报告生产者消费者实验报告引言：生产者消费者模型是计算机科学中的一个经典问题，用于解决多线程并发访问共享资源的同步问题。

在本实验中，我们通过编写一个简单的Java程序来模拟生产者消费者模型，并观察其运行结果和效果。

一、实验背景生产者消费者模型是一种常见的并发模型，用于解决多线程访问共享资源时可能出现的数据竞争和同步问题。

在该模型中，生产者负责生产数据并将其放入共享缓冲区，而消费者则负责从缓冲区中取出数据进行消费。

为了确保生产者和消费者之间的同步与互斥，需要使用合适的同步机制，如信号量、互斥锁等。

二、实验目的本实验的主要目的是通过编写一个简单的生产者消费者程序，验证该模型在多线程环境下的正确性和效果。

我们将通过观察程序的输出结果和运行时间来评估其性能，并分析其中可能存在的问题和改进空间。

三、实验设计1. 编写生产者类和消费者类：我们首先定义了一个共享缓冲区，用于存储生产者生产的数据。

然后，我们编写了一个生产者类和一个消费者类，分别实现了生产者和消费者的逻辑。

在生产者类中，我们使用了一个循环来模拟生产者不断地生产数据，并将其放入缓冲区。

而在消费者类中，我们同样使用了一个循环来模拟消费者不断地从缓冲区中取出数据进行消费。

2. 同步机制的选择：为了保证生产者和消费者之间的同步与互斥，我们选择了信号量作为同步机制。

在生产者类中，我们使用一个信号量来控制缓冲区的可用空间，当缓冲区已满时，生产者将等待，直到有可用空间。

而在消费者类中，我们同样使用一个信号量来控制缓冲区的可用数据，当缓冲区为空时，消费者将等待，直到有可用数据。

3. 实验参数的设置：为了模拟真实的生产者消费者场景，我们设置了以下参数：- 缓冲区大小：10- 生产者数量：3- 每个生产者生产的数据量：1000- 消费者数量：2四、实验结果与分析在运行实验程序后，我们观察到以下结果：1. 生产者和消费者之间的同步与互斥得到了有效保证，生产者在缓冲区已满时会等待，直到有可用空间；消费者在缓冲区为空时会等待，直到有可用数据。

河北建筑工程学院实验报告年月日班级物联121姓名连龙学号2012326134评分实验台号同组人员实验名称生产者消费者问题实验课程名称操作系统仪器名称型号规格仪器编号PC机Window XP或Windows 7一、实验目的理解生产者消费者问题，理解生产者产生任务进入缓存或队列排队等待处理，消费者在队列等待或进行任务处理的过程二、实验设备PC 机三、实验内容在java开发环境下模拟经典进程同步问题，生产者——消费者问题。

四、程序主要代码import java.awt.*;import javax.swing.*;import javax.swing.border.TitledBorder;import java.awt.event.*;public class abc extends JFrame implements ActionListener{static abc frm=new abc();static JButton bun1=new JButton("生产者1");static JButton bun2=new JButton("生产者2");static JButton bun3=new JButton("生产者3");static JButton bun4=new JButton("消费者1");static JButton bun5=new JButton("消费者2");static JButton bun6=new JButton("消费者3");static JTextField jt1 = new JTextField(" ");static JTextField jt2 = new JTextField(" ");static JTextField jt3 = new JTextField(" ");static JTextField jt4 = new JTextField(" ");static JTextField jt5 = new JTextField(" ");static JTextField jt6 = new JTextField(" ");static JTextField jt7 = new JTextField(" "); static JTextField jt8 = new JTextField(" ");public static void main(String[] args) {frm.setLayout(null);frm.setSize(800,450);frm.setLocation(500,300);bun1.addActionListener(frm);bun2.addActionListener(frm);bun3.addActionListener(frm);bun4.addActionListener(frm);bun5.addActionListener(frm);bun6.addActionListener(frm);bun1.setSize(80,40);bun1.setLocation(60,325);frm.add(bun1);bun2.setSize(80,40);bun2.setLocation(170,325);frm.add(bun2);bun3.setSize(80,40);bun3.setLocation(280,325);frm.add(bun3);bun4.setSize(80,40);bun4.setLocation(400,325);frm.add(bun4);bun5.setSize(80,40);bun5.setLocation(510,325);frm.add(bun5);bun6.setSize(80,40);bun6.setLocation(620,325);frm.add(bun6);jt1.setSize(80,40);jt1.setLocation(400,200);frm.add(jt1);jt2.setSize(80,40);jt2.setLocation(280,200);frm.add(jt2);jt3.setSize(80,40);jt3.setLocation(60,95);frm.add(jt3);jt4.setSize(80,40);jt4.setLocation(170,95);frm.add(jt4);jt5.setSize(80,40);jt5.setLocation(280,95);frm.add(jt5);jt6.setSize(80,40);jt6.setLocation(400,95);frm.add(jt6);jt7.setSize(80,40);jt7.setLocation(510,95);frm.add(jt7);jt8.setSize(80,40);jt8.setLocation(620,95);frm.add(jt8);frm.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);frm.setVisible(true);}public void actionPerformed(ActionEvent e){JButton bun=(JButton)e.getSource();if(bun==bun1){if(jt6.getText().equals(" ")){if(jt1.getText().equals(" ")){jt1.setText(bun1.getText());}else if(jt2.getText().equals(" ")){jt2.setText(bun1.getText());}else if(jt3.getText().equals(" ")){jt3.setText(bun1.getText());bun1.setEnabled(false);}else if(jt4.getText().equals(" ")){jt4.setText(bun1.getText());bun1.setEnabled(false);}else if(jt5.getText().equals(" ")){jt5.setText(bun1.getText());bun1.setEnabled(false);}}else{if(jt7.getText().equals(" ")){jt6.setText(" ");bun4.setEnabled(true);bun5.setEnabled(true);bun6.setEnabled(true);}else if(jt8.getText().equals(" ")){jt6.setText(jt7.getText());jt7.setText(" ");if(jt6.getText().equals("消费者1")) {bun4.setEnabled(false);bun5.setEnabled(true);bun6.setEnabled(true);}else if(jt6.getText().equals("消费者2")) {bun4.setEnabled(true);bun5.setEnabled(false);bun6.setEnabled(true);}else{bun4.setEnabled(true);bun5.setEnabled(true);bun6.setEnabled(false);}}else{if(jt6.getText().equals("消费者1")) {bun4.setEnabled(true);bun5.setEnabled(false);bun6.setEnabled(false);}else if(jt6.getText().equals("消费者2")) {bun4.setEnabled(false);bun5.setEnabled(true);bun6.setEnabled(false);}else{bun4.setEnabled(false);bun5.setEnabled(false);bun6.setEnabled(true);}jt6.setText(jt7.getText());jt7.setText(jt8.getText());jt8.setText(" ");}}}else if(bun==bun2){if(jt6.getText().equals(" ")){if(jt1.getText().equals(" ")){jt1.setText(bun2.getText());}else if(jt2.getText().equals(" ")){jt2.setText(bun2.getText());}else if(jt3.getText().equals(" ")){jt3.setText(bun2.getText());bun2.setEnabled(false);}else if(jt4.getText().equals(" ")){jt4.setText(bun2.getText());bun2.setEnabled(false);}else if(jt5.getText().equals(" ")){jt5.setText(bun2.getText());bun2.setEnabled(false);}}else{if(jt7.getText().equals(" ")){jt6.setText(" ");bun4.setEnabled(true);bun5.setEnabled(true);bun6.setEnabled(true);}else if(jt8.getText().equals(" ")){jt6.setText(jt7.getText());jt7.setText(" ");if(jt6.getText().equals("消费者1")) {bun4.setEnabled(false);bun5.setEnabled(true);bun6.setEnabled(true);}else if(jt6.getText().equals("消费者2")) {bun4.setEnabled(true);bun5.setEnabled(false);bun6.setEnabled(true);}else{bun4.setEnabled(true);bun5.setEnabled(true);bun6.setEnabled(false);}}else{if(jt6.getText().equals("消费者1")) {bun4.setEnabled(true);bun5.setEnabled(false);bun6.setEnabled(false);}else if(jt6.getText().equals("消费者2")) {bun4.setEnabled(false);bun5.setEnabled(true);bun6.setEnabled(false);}else{bun4.setEnabled(false);bun5.setEnabled(false);bun6.setEnabled(true);}jt6.setText(jt7.getText());jt7.setText(jt8.getText());jt8.setText(" ");}}}else if(bun==bun3){ if(jt6.getText().equals(" ")){if(jt1.getText().equals(" ")){jt1.setText(bun3.getText());}else if(jt2.getText().equals(" ")){jt2.setText(bun3.getText());}else if(jt3.getText().equals(" ")){jt3.setText(bun3.getText());bun3.setEnabled(false);}else if(jt4.getText().equals(" ")){jt4.setText(bun3.getText());bun3.setEnabled(false);}else if(jt5.getText().equals(" ")){jt5.setText(bun3.getText());bun3.setEnabled(false);}}else{if(jt7.getText().equals(" ")){jt6.setText(" ");bun4.setEnabled(true);bun5.setEnabled(true);bun6.setEnabled(true);}else if(jt8.getText().equals(" ")){jt6.setText(jt7.getText());jt7.setText(" ");if(jt6.getText().equals("消费者1")) {bun4.setEnabled(false);bun5.setEnabled(true);bun6.setEnabled(true);}else if(jt6.getText().equals("消费者2")) {bun4.setEnabled(true);bun5.setEnabled(false);bun6.setEnabled(true);}else{bun4.setEnabled(true);bun5.setEnabled(true);bun6.setEnabled(false);}}else{if(jt6.getText().equals("消费者1")){bun4.setEnabled(true);bun5.setEnabled(false);bun6.setEnabled(false);}else if(jt6.getText().equals("消费者2")){bun4.setEnabled(false);bun5.setEnabled(true);bun6.setEnabled(false);}else{bun4.setEnabled(false);bun5.setEnabled(false);bun6.setEnabled(true);}jt6.setText(jt7.getText());jt7.setText(jt8.getText());jt8.setText(" ");}}}else if(bun==bun4){ if(jt1.getText().equals(" ")){if(jt6.getText().equals(" ")){jt6.setText(bun4.getText());bun4.setEnabled(false);}else if(jt7.getText().equals(" ")){jt7.setText(bun4.getText());bun4.setEnabled(false);}else if(jt8.getText().equals(" ")){jt8.setText(bun4.getText());bun4.setEnabled(false);}}elseif(jt2.getText().equals(" ")){jt1.setText(" ");}else if(jt3.getText().equals(" ")&jt4.getText().equals(" ")&jt5.getText().equals(" ")){ jt1.setText(jt2.getText());jt2.setText(" ");}else if(jt4.getText().equals(" ")&jt5.getText().equals(" ")){jt1.setText(jt2.getText());jt2.setText(jt3.getText());jt3.setText(" ");bun1.setEnabled(true);bun2.setEnabled(true);bun3.setEnabled(true);}else if(jt5.getText().equals(" ")){jt1.setText(jt2.getText());jt2.setText(jt3.getText());jt3.setText(jt4.getText());jt4.setText(" ");if(jt3.getText().equals("生产者1")) {bun1.setEnabled(false);bun2.setEnabled(true);bun3.setEnabled(true);}else if(jt3.getText().equals("生产者2")) {bun1.setEnabled(true);bun2.setEnabled(false);bun3.setEnabled(true);}else{bun1.setEnabled(true);bun2.setEnabled(true);bun3.setEnabled(false);}}else{jt1.setText(jt2.getText());jt2.setText(jt3.getText());jt3.setText(jt4.getText());jt4.setText(jt5.getText());jt5.setText(" ");if(jt2.getText().equals("生产者1")) {bun1.setEnabled(true);bun2.setEnabled(false);bun3.setEnabled(false);}else if(jt2.getText().equals("生产者2")) {bun1.setEnabled(false);bun2.setEnabled(true);bun3.setEnabled(false);}else{bun1.setEnabled(false);bun2.setEnabled(false);bun3.setEnabled(true);}}}else if(bun==bun5){ if(jt1.getText().equals(" ")){if(jt6.getText().equals(" ")){jt6.setText(bun5.getText());bun5.setEnabled(false);}else if(jt7.getText().equals(" ")){jt7.setText(bun5.getText());bun5.setEnabled(false);}else if(jt8.getText().equals(" ")){jt8.setText(bun5.getText());bun5.setEnabled(false);}}elseif(jt2.getText().equals(" ")){jt1.setText(" ");}else if(jt3.getText().equals(" ")&jt4.getText().equals(" ")&jt5.getText().equals(" ")){ jt1.setText(jt2.getText());jt2.setText(" ");}else if(jt4.getText().equals(" ")&jt5.getText().equals(" ")){jt1.setText(jt2.getText());jt2.setText(jt3.getText());jt3.setText(" ");bun1.setEnabled(true);bun2.setEnabled(true);bun3.setEnabled(true);}else if(jt5.getText().equals(" ")){jt1.setText(jt2.getText());jt2.setText(jt3.getText());jt3.setText(jt4.getText());jt4.setText(" ");if(jt3.getText().equals("生产者1")){bun1.setEnabled(false);bun2.setEnabled(true);bun3.setEnabled(true);}else if(jt3.getText().equals("生产者2")){bun1.setEnabled(true);bun2.setEnabled(false);bun3.setEnabled(true);}else{bun1.setEnabled(true);bun2.setEnabled(true);bun3.setEnabled(false);}}else{jt1.setText(jt2.getText());jt2.setText(jt3.getText());jt3.setText(jt4.getText());jt4.setText(jt5.getText());jt5.setText(" ");if(jt2.getText().equals("生产者1")){bun1.setEnabled(true);bun2.setEnabled(false);bun3.setEnabled(false);}else if(jt2.getText().equals("生产者2")){bun1.setEnabled(false);bun2.setEnabled(true);bun3.setEnabled(false);}else{bun1.setEnabled(false);bun2.setEnabled(false);bun3.setEnabled(true);}}}else if(bun==bun6){ if(jt1.getText().equals(" ")){if(jt6.getText().equals(" ")){jt6.setText(bun6.getText());bun6.setEnabled(false);}else if(jt7.getText().equals(" ")){jt7.setText(bun6.getText());bun6.setEnabled(false);}else if(jt8.getText().equals(" ")){jt8.setText(bun6.getText());bun6.setEnabled(false);}}elseif(jt2.getText().equals(" ")){jt1.setText(" ");}else if(jt3.getText().equals(" ")&jt4.getText().equals(" ")&jt5.getText().equals(" ")){ jt1.setText(jt2.getText());jt2.setText(" ");}else if(jt4.getText().equals(" ")&jt5.getText().equals(" ")) {jt1.setText(jt2.getText());jt2.setText(jt3.getText());jt3.setText(" ");bun1.setEnabled(true);bun2.setEnabled(true);bun3.setEnabled(true);}else if(jt5.getText().equals(" ")){jt1.setText(jt2.getText());jt2.setText(jt3.getText());jt3.setText(jt4.getText());jt4.setText(" ");if(jt3.getText().equals("生产者1")){bun1.setEnabled(false);bun2.setEnabled(true);bun3.setEnabled(true);}else if(jt3.getText().equals("生产者2")){bun1.setEnabled(true);bun2.setEnabled(false);bun3.setEnabled(true);}else{bun1.setEnabled(true);bun2.setEnabled(true);bun3.setEnabled(false);}}else{jt1.setText(jt2.getText());jt2.setText(jt3.getText());jt3.setText(jt4.getText());jt4.setText(jt5.getText());jt5.setText(" ");if(jt2.getText().equals("生产者1")){bun1.setEnabled(true);bun2.setEnabled(false);bun3.setEnabled(false);}else if(jt2.getText().equals("生产者2")){bun1.setEnabled(false);bun2.setEnabled(true);bun3.setEnabled(false);}else{bun1.setEnabled(false);bun2.setEnabled(false);bun3.setEnabled(true);}}}}}五、实验结果运行程序，显示如下：。

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。

计算机与信息工程系实验报告班级计算机1001班姓名李双贺时间2011年10月19日地点文理楼A504实验名称进程管理----生产者和消费者问题实验目的:（1）加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。

（2）进一步认识并发执行的实质。

（3）验证用信号量机制实现进程互斥的方法。

（4）验证用信号机制实现进程同步的方法。

实验内容问题描述：考虑有一些生产者和消费者进程，生产者进程生产信息并把它们放入缓冲池中，消费者从缓冲池中取走信息。

生产者—消费者问题是相互合作的进程关系的一种抽象，如在输入时，输入进程是生产者，计算进程是消费者；而在输出时，则计算进程是生产者，打印进程是消费者。

请使用信号量机制来解决生产者—消费者问题。

互斥关系：（I）设缓冲池有n个单元。

（II）当n个单元装满时，生产者必须等待。

（III）当缓冲池空时，消费者必须等待。

参考算法：//创建生产者线程for (int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;++i){hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);if (hThreads[i]==NULL) return -1;}//创建消费者线程for ( i=0;i<CONSUMERS_COUNT;++i){hThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[i]); if (hThreads[i]==NULL) return -1;}while(g_continue){if(getchar()){ //按回车后终止程序运行g_continue = false;}}缓冲区return 0;}//生产者DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara){while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);Produce();Append();Sleep(1500);ReleaseMutex(g_hMutex);ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL);}return 0;}//消费者DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara){while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);Take();Consume();Sleep(1500);ReleaseMutex(g_hMutex);ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL);}return 0;}实验结果。

一、实验目的利用Windows提供的API函数，编写程序，解决生产者与消费者问题，实现进程的互斥与同步。

二、实验内容本实验要求设计在同一个进程地址空间内执行的两个线程。

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。

生产者线程生产物品时，若无空缓冲区可用，生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区；消费者线程消费物品时，若缓冲区为空，消费者线程将被阻塞，直到新的物品被生产出来。

生产者和消费者使用N个不同的缓冲区（N 为一个确定的数值，例如N=32）。

需要使用如下信号量：一个互斥信号量，用以阻止生产者线程和消费者线程同时操作缓冲区列表；一个信号量，当生产者线程生产出一个物品时可以用它向消费者线程发出信号；一个信号量，消费者线程释放出一个空缓冲区时可以用它向生产者线程发出信号；三、实验步骤1.创建信号量根据题目的要求，首先创建信号量。

本次实验共需使用三个信号量：一个用以阻止生产者线程和消费者线程同时操作缓冲区列表的互斥信号量，一个当生产者线程生产出一个物品时可以用它向消费者线程发出信号的信号量以及一个消费者线程释放出一个空缓冲区时可以用它向生产者线程发出信号的信号量。

使用Windows提供的CreateSemaphore函数和CreateMutex创建一个新的信号量。

CreateSemaphore函数原型：HANDLE CreateSemaphore{LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,LONG lInitialCount,LONG lMaximumCount,LPCTSTR lpName};如执行成功，返回信号量对象的句柄；零表示出错。

本程序所使用的该函数中各参数的解释：1.lpSemaphoreAttributesSECURITY_ATTRIBUTES，指定一个SECURITY_ATTRIBUTES结构，或传递零值，表示采用不允许继承的默认描述符。

生产者与消费者问题实验报告生产者与消费者问题实验报告篇一：生产者和消费者问题实验报告实验报告课程名称：操作系统实验名称：生产者和消费者问题学号：学生姓名：班级：指导教师：评分：实验日期：XX年 10月 22 日篇二：操作系统实验报告经典的生产者—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。

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。

第1篇一、实验目的1. 加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。

2. 进一步认识并发执行的实质。

3. 验证用信号量机制实现进程互斥的方法。

4. 验证用信号量机制实现进程同步的方法。

二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：C语言3. 开发工具：Visual Studio三、实验内容1. 生产者和消费者模型介绍生产者和消费者模型是操作系统中常见的一种并发控制模型，用于解决多个进程之间的同步和互斥问题。

在该模型中，生产者负责生成数据，消费者负责消费数据。

生产者和消费者通过共享资源（如缓冲区）进行通信。

2. 实验设计（1）环形缓冲区为了实现生产者和消费者的同步，我们设计了一个环形缓冲区，由若干个大小相等的缓冲块组成。

每个缓冲块可以容纳一个产品。

环形缓冲区的指针分别指向当前的第一个空缓冲块和第一个满缓冲块。

（2）信号量为了实现进程互斥和同步，我们使用了三个信号量：① 公用信号量：用于实现临界区互斥，初始值为1。

② 生产者私用信号量：用于实现生产者与消费者之间的同步，初始值为0。

③ 消费者私用信号量：用于实现生产者与消费者之间的同步，初始值为0。

（3）生产者进程生产者进程负责生成数据，并将数据存入环形缓冲区。

当环形缓冲区满时，生产者进程等待；当环形缓冲区有空位时，生产者进程继续生成数据。

（4）消费者进程消费者进程负责从环形缓冲区中取出数据并消费。

当环形缓冲区空时，消费者进程等待；当环形缓冲区有数据时，消费者进程继续消费数据。

3. 实验步骤（1）创建生产者进程和消费者进程。

（2）初始化信号量。

（3）运行生产者进程和消费者进程。

（4）按任意键停止程序，显示当前系统的各个参数的值。

四、实验结果与分析1. 实验结果通过运行实验程序，我们可以观察到生产者和消费者进程的运行情况。

当按下任意键停止程序时，程序将显示当前系统的各个参数的值，包括环形缓冲区的空位数量、生产者和消费者的状态等。

2. 分析（1）互斥：通过公用信号量实现生产者和消费者对环形缓冲区的互斥访问，防止了同时操作缓冲区的问题。

生产者和消费者实验报告【实验目的】1.加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。

2.进一步认识并发执行的实质。

3.验证用信号量机制实现进程互斥的方法。

4.验证用信号量机制实现进程同步的方法。

【实验要求】用c语言编程搭建“生产者和消费者”经典进程通信问题的环境。

要求程序运行时，按任意键停止，显示当前系统的各个参数的值。

提交实验报告，以及相关程序列表。

打包成附件上传。

【实验环境】Visual C++6.0【实验内容】1.了解经典同步问题“生产者和消费者”生产者与消费者可以通过一个环形缓冲池联系起来，环形缓冲池由几个大小相等的缓冲块组成，每个缓冲块容纳一个产品。

每个生产者可不断地每次往缓冲池中送一个生产产品，而每个消费者则可不断地每次从缓冲池中取出一个产品。

指针i和指针j分别指出当前的第一个空缓冲块和第一个满缓冲块。

2.分析和理解（1）既存在合作同步问题，也存在临界区互斥问题合作同步：当缓冲池全满时，表示供过于求，生产者必须等待，同时唤醒消费者；当缓冲池全空时，表示供不应求，消费者应等待，同时唤醒生产者。

互斥：缓冲池显然是临界资源，所在生产者与消费都要使用它，而且都要改变它的状态。

（2）基于环形缓冲区的生产者与消费者关系形式描述：公用信号量mutex：初值为1，用于实现临界区互斥生产者私用信号量empty：初值为n，指示空缓冲块数目消费者私用信号量full：初值为0，指示满缓冲块数目整型量i和j初值为0，i指示首空缓冲块序号，j指示首满缓冲块序号（3）PV原语var mutex,empty,full:semaphore;i,j:integer;buffer:array[0...n-1] of item;i:=j:=1;Procedure producer;beginwhile true dobeginproduce a product;P(empty);P(mutex);buffer(i):=product;i:=(i+1) mod n;V(mutex);V(full);end;end;Procedure consumer;beginP(full);P(mutex);goods:=buffer(j);j:=(j+1) mod n;V(mutex);V(empty);consume a product;end;end;【实验源程序代码】#include <windows.h>#include <iostream>const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 10; //缓冲区长度unsigned short ProductID = 0; //产品号unsigned short ConsumeID = 0; //将被消耗的产品号unsigned short in = 0; //产品进缓冲区时的缓冲区下标unsigned short out = 0; //产品出缓冲区时的缓冲区下标int g_buffer[SIZE_OF_BUFFER]; //缓冲区是个循环队列bool g_continue = true; //控制程序结束HANDLE g_hMutex; //用于线程间的互斥HANDLE g_hFullSemaphore; //当缓冲区满时迫使生产者等待HANDLE g_hEmptySemaphore; //当缓冲区空时迫使消费者等待DWORD WINAPI Producer(LPVOID); //生产者线程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); //消费者线程int main(){//创建各个互斥信号g_hMutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);g_hFullSemaphore =CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);g_hEmptySemaphore =CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);//调整下面的数值，可以发现，当生产者个数多于消费者个数时，//生产速度快，生产者经常等待消费者；反之，消费者经常等待const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3; //生产者的个数const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 1; //消费者的个数//总的线程数const unsigned short THREADS_COUNT =PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;HANDLE hThreads[PRODUCERS_COUNT]; //各线程的handleDWORD producerID[CONSUMERS_COUNT]; //生产者线程的标识符DWORD consumerID[THREADS_COUNT]; //消费者线程的标识符//创建生产者线程for (int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;++i){hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);if (hThreads[i]==NULL) return -1;}//创建消费者线程for (i=0;i<CONSUMERS_COUNT;++i){hThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&con sumerID[i]);if (hThreads[i]==NULL) return -1;}while(g_continue){if(getchar()){ //按回车后终止程序运行g_continue = false;}}return 0;}//生产一个产品。

实验报告第页专业_______软件工程_____ 班级_________ 学号_____ 姓名实验日期：年月日报告退发(订正、重做)课程实验名称生产者与消费者问题、读者—写者问题一、实验目的1. 实现生产者消费者问题模拟2. 进一步掌握P，V如何解决同步和互斥问题二、实验环境1. Windows或Linux平台2. Eclipse、Visual Studio 2005或GCC三、实验内容、步骤和结果分析实验内容：实现生产者消费者问题模拟，显示每次添加和读取数据时缓冲区的状态，生产者和消费者可用线程模拟。

1.一个大小为10的缓冲区，初始为空。

2. 五个生产者:若缓冲区可以加入数据，则示意进入生产过程（打印出生产者ID），往缓冲区添加数据，随机等待一段时间。

若缓冲区已满，等待消费者取走数据后再添加。

3. 五个消费者：若缓冲区可以读取数据，则示意进入消费过程（打印出消费者ID），从缓冲区读取数据，随机等待一段时间；若缓冲区为空，等待生产者添加数据后再读取。

四、讨论（说明实验过程中遇到的问题及解决办法；未解决/需进一步研讨的问题或建议新实验方法等）(请利用实验二中所给的各个版本信号量类来完成实验三。

若选用Windows平台，要求一定要选用这三个文件夹中的某个信号量类Semaphore来完成实验，否则实验报告视为缺交；若选用Linux平台，也要求参照已给出的三个版本的Semaphore类的接口，先定义一个Linux版本的C++类class Semaphore，并在该类基础上完成实验，提交实验报告时请附上自定义的Semaphore类。

读者—写者问题：#include<windows.h>#include"semaphore.h"#include"thread.h"#include<iostream>using namespace std;Semaphore rmutex(1);Semaphore wmutex(1);int count=0;unsigned int WINAPI Reader(void *p){while(TRUE){rmutex.P();count++;rmutex.V();if(count == 1)wmutex.P();cout << GetCurrentThreadId() << "reading the student's table"<<endl;rmutex.P();count--;rmutex.V();if(count == 0)wmutex.V();Sleep(rand()%1000);}}unsigned int WINAPI Writer(void *p){while(TRUE){wmutex.P();cout << GetCurrentThreadId() << "writting the student's table"<<endl;wmutex.V();Sleep(rand()%1000);}}int main(){HANDLE hThread[2];hThread[0] = startThread(Reader,NULL);hThread[1] = startThread(Writer,NULL);::WaitForMultipleObjects(2,hThread,TRUE,INFINITE);CloseHandle(hThread[0]);CloseHandle(hThread[1]);return 0;}生产者与消费者问题：#include<windows.h>#include"semaphore.h"#include"thread.h"#include<iostream>using namespace std;Semaphore full(5);Semaphore empty(5);Semaphore mutex(1);int count=0;unsigned int WINAPI Producer(void *p){while(TRUE){empty.P();mutex.P();cout << GetCurrentThreadId() << " produce!"<<endl;mutex.V();full.V();Sleep(rand()%1000);}}unsigned int WINAPI Consumer(void *p){while(TRUE){full.P();mutex.P();cout << GetCurrentThreadId() << " consum!"<<endl;mutex.V();empty.V();Sleep(rand()%1000);}}int main(){HANDLE hThread[2];hThread[0] = startThread(Producer,NULL);hThread[1] = startThread(Consumer,NULL);::WaitForMultipleObjects(2,hThread,TRUE,INFINITE);CloseHandle(hThread[0]);CloseHandle(hThread[1]); return 0;}。