生产者消费者问题实现

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1、生产者消费者问题实现班级姓名学号-・实验目的1.熟悉临界资源、信号量及PV操作的定义与物理意义2•了解线程通信的方法3.掌握线程互斥与同步的相关知识4.掌握用信号量机制解决线程之间的同步与互斥问题5.实现生产者・消费者问题，深刻理解线程同步问题二、实验的硬件、软件平台硬件：计算机软件：操作系统win10应用软件：DevC++三、实验原理生产者■消费者问题是一个经典的线程同步问题，该问题最早由Dijkstra提出，用以演示他提出的信号量机制。在同一个线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

2、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岀一个空缓冲区。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塞，直到新的物品被生产出来。多个生产/消费者在有界缓冲上操作。它利用N个字节的共享内存作为有界循环缓冲区，利用写一字符模拟放一个产品，利用读一字符模拟消费一个产品。当缓冲区空时消费者应阻塞睡眠，而当缓冲区满时生产者应当阻塞睡眠。一旦缓冲区中有空单元，生产者线程就向空单元中入写字符，并报告写的内容和位置。一旦缓冲区中有未读过的字符，消费者线程就从该单元中读出字符

3、，并报告读取位置。生产者不能向同一单元中连续写两次以上相同的字符，消费者也不能从同一单元中连续读两次以上相同的字符。在进行多线程编程时，由于资源共享和进程间合作而造成进程间相互制约，难免还要碰到两个问题，那就线程间的互斥与同步：线程同步是指线程之间所具有的一种制约关系，一个线程的执行依赖另一个线程的消息，当它没有得到另一个线程的消息时应等待，直到消息到达时才被唤醒。线程互斥是指对于共享的进程系统资源，在各单个线程访问时的排它性。当有若干个线程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个线程去使用，其它要使用该资源的线程必须等待，直到占用资源者释放该资源

4、。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步（下文统称为同步）。线程间的同步方法大体可分为两类：用户模式和内核模式。内核模式就是指利用系统内核对象的单一性来进行同步，使用时需要切换内核态与用户态，而用户模式就是不需要切换到内核态，只在用户态完成操作。用户模式下的方法有：原子操作（例如一个单一的全局变量），临界区。内核模式下的方法有：事件，信号量，互斥量。在本实验中，线程之间要进行通信来操作同一缓冲区。一般来说，线程间的通信可以划分为三种：1)使用全局变量实现线程间通信；2)使用消息实现线程间通信；3)使用CEvent类实现线程间通信。Ui实验内容及步骤实验内容

5、：模拟操作系统中进程同步和互斥。实现经典同步问题：生产者一消费者，具体要求如下(可采用C++或者java)(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，等待生产者添加据之后再读取，重复10次。(4)按要求输出。首先，使用一个互斥锁，意味着资源槽机制就不能使用了。因为资源槽虽以用一个互斥锁完成，但是需要有额外的通信，如果使用管道通信，则管道也必须是互斥，这就不满足1个互斥锁的要求

6、。其次，要求生产者一直生产，这就否定了另外一种方法：消费者、生产者的位置均平等，消费者消费的时候生产者不能生产，生产者生产的时候消费者不能消费。因此，就需要采用A要求，也就是循环链表的形式。为了保证互斥要求，需要定义一个数据结构，这个数据结构包含两个指针，一个读一个写，同时有一个资源数目量，告诉生产者和消费者是否可以生产或者消费。由于该数据结构很小，因而可以对此结构互斥访问。同时，对于每组数据，都有一个标志位，表示此组数据是否被占用，生产者和消费者均可以先占用此位置然后完成相应的操作。当消费者互斥访问此结构时，首先判断是否有数据可以取，如果没有，直接等待

7、，若有数据可取，先更改标志位占用此数据，并将资源数目畀。然后交出互斥，把数据拷贝到自己缓冲区内，清空数据。当生产者访问时，首先判断有没有空位可以生产，如果没有，直接等待，若有数据可以生产，先判断该位是否被占用，如果没被占用，则占用此位置进行生产。生产完成后，将占用位改为未占用，同时将资源数目+1。流程图：A、主函Main函数开始初始化公共数据区初始化信号竝成功?创建生产者进程>成功?创建消费者进程定时到成功?创建统计进程B、统计线程C、生产者线程开始进程要求加锁w要求退出—>结束进程加锁成功开始进程>定时修改退出时间+1,满屏—打印消费结束进程增加资源数

8、H要求加锁wD、消费者线程要求加锁开始进程加锁成功要求退岀乂m［结束进程增加资源