C语言编程模拟生产者和消费者问题附代码程序Word格式文档下载.docx
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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）生产者一一消费者问题。
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。
消费者每次从缓冲器内取出一件产品去消费。
禁止生产者将产品放入已满的缓冲器内，禁止消费者从空缓冲器内以产品。
假定缓冲器内可同时存放10件产品。
那么，用PV操作来实现生产者和消费者之间的同步，生产者和消费者两个进程的程序如下：
B:
arraP[0..9]ofproducts;
s1,s2;
semaphore;
s1:
=10,s2:
=0;
IN,out:
integer;
IN:
out:
cobegin
procedureproducer;
c:
products;
begin
L1:
Produce（c）;
P（s1）;
B[IN]:
=C;
=（IN+1）mod10;
V（s2）;
gotoL1
end;
procedureconsumer;
G:
L2:
p（s2）;
=B[out];
=（out+1）mod10;
v（s1）;
consume（G）;
gotoL2
coend.
其中的semaphore和products是预先定义的两个类型，在模拟实现中semaphore用integer代替，products可用integer或char等代替。
（3）进程控制块PCB。
为了记录进程执行时的情况，以及进程让出处理器后的状态，断点等信息，每个进程都有一个进程控制块PCB。
在模拟实习中，假设进程控制块的结构如
图3-1。
其中进程的状态有：
运行态、就绪态、等待态和完成态。
当进程处于等待态时，在进程控制块PCB中要说明进程等待原因（在模拟实习中进程等待原因是为等待信号量s1或S2）;
当进程处于等待态或就绪态时，PCB中保留了断点信息，一旦进程再度占有处理器则就从断点位置继续运行；
当进程处于完成状
态，表示进程执行结束。
程名|
状态等待原因
|断点图3-1进程控制块结构
（4）处理器的模拟。
计算机硬件提供了一组机器指令，处理器的主要职责是解释执行机器指令。
为了模拟生产者和消费者进程的并发执行，我们必须模拟一组指令和处理职能。
模拟的一组指令见图3-2,其中每条指令的功能由一个过程来实现。
用变量PC来模拟“指令计数器”，假设模拟的指令长度为1,每执行一条模拟指令后，PC加1,提出下一条指令地址。
使用模拟的指令，可把生产者和消费者进程的程序表示为图3-3的形式。
定义两个一维数组PA[0..4]和SA[0..4]，每一个PA[i]存放生产者程序中的一条模拟指令执行的入口地址；
每个SA[i]存放消费者程序中的一条模拟指令执行
的入口地址。
于是模拟处理器执行一条指令的过程为：
取出PC之值，按PA[PC]
或SA[PC]得模拟指令执行的入口地址，将PC之值加1,转向由入口地址确定的相应的过程执行。
功能
模拟的指令
p（s）
执行P操作原语
v（s）
执行V操作原语
put
=product;
=（IN+1）mod10
GET
=（out+1）mod10
produce
输入一个字符放入C中
consume
打印或显示G中的字符
GOTOL
PC:
=L
NOP
空操作
图3-2模拟的处理器指令
序号
生产者程序
消费者程序
p（S2）
1
PP（S1）
2
PUT
V（S1）
3
V（S2）
4
gotoO
goto0
图3-3生产者和消费者程丿
（5）程序设计
本实习中的程序由三部分组成：
初始化程序、处理器调度程序、模拟处理器指令执行程序。
各部分程序的功能及相互间的关系由图3-4至图3-7指出。
箝现行进程■为生产
taa.pcf=t>
图3-4初始化流程
保护理输FC-*号前迸程P亡R的斷点:
械机选擇--就缔竝程曲为理行避程
料观行进麗找告改
为运狞姦
现疗*秤忙E的■MAJK^pc
帳ft!
处思阵柑令枫行锂序
图3-5模拟处理器调度
•初始化程序：
模拟实习的程序从初始化程序入口启动，初始化工作包括对信号量si、s2赋初值，对生产者、消费者进程的PCB初始化。
初始化后转向处理调度程序，其流程如图3-4。
•处理器调度程序：
在计算机系统中，进程并发执行时，任一进程占用处理
器执行完一条指令后就有可能被打断而让出处理器由其它进程运行。
故在模拟系
统中也类似处理，每当执行一条模拟的指令后，保护当前进程的现场，让它成为
非运行态，由处理器调度程序按随机数再选择一个就绪进程占用处理器运行。
处
理器调度程序流程见图3-5。
建祁为生产
*
p<
?
i=*+i
拖』转问軒摸拟‘垢爭对雀的n穆
JIIT丄IL
sjjGoTC
p«
UIGET||produce卜口皿注咋!
!
VCa>
F
.il.1.i
i
覽现轩进程为就箱态
返U1
TIZ
图3-6模拟处理器指令执行
⑻模拟P（s）（b）模拟V（s）
图3-7模拟PV操作的执行
且PC加1指向下一条指令。
模拟处理器指令执行程序的流程图见图3-6和图3-7
另外，为了使得模拟程序有一个结束条件，在图3-6中附加了“生产者运行结束”的条件判断，模拟时可以采用人工选择的方法实现。
图3-7给出了P（s）
和V（s）模拟指令执行过程的流程。
其它模拟指令的执行过程已在图3-2中指
附录：
代码
#include<
stdio.h>
stdlib.h>
conio.h>
windows.h>
#defineNULLO
structspcb
{
charname;
charstate;
charwhP;
intdd;
};
tPpedefstructspcbpcb;
pcbproducter,consumer,Gprocess,Gprocess1;
ints1,s2,i,j,in,out,pc,m;
chararraP[10];
charc,G;
intpa[6],sa[6];
intp（ints）/Gp操作原语G/
s=s-1;
if（s<
0）
process->
state='
B'
;
/GB表示阻塞GIprocess_>
whP='
s：
}
else
W;
/GW表示就绪G/
return（s）;
intv（ints）/Gv操作原语G/
s=s+1;
=0）
{process1->
state=W;
return（s）;
charRanChar（）
chararr[10]={'
a'
'
b'
c'
d'
e'
f,'
g'
h'
i'
j'
returnarr[abs（rand（）%10）];
voidput（）
//printf（"
\npleaseproductanPchar!
"
）;
//scanf（"
\n%c"
&
c）;
Sleep（1000）;
arraP[in]=RanChar（）;
in=（in+1）%10;
printf（"
productacharis%c!
\n"
arraP[in-1]）;
intk=0;
for（m=0;
m<
10;
m++）
{if（arraP[m]!
="
）{printf（"
%c"
arraP[m]）;
k=k+1;
}一
printf（"
缓冲池中有%d个产品\n"
k）;
voidget（）
G=arraP[out];
\n%cgetacharfronbuffer"
G）;
arraP[out]="
out=（out+1）%10;
intk=0;
voidgotol（）
pc=0;
voidnop（）
{；
voiddisp（）/G建立进程显示函数，用于显示当前进程G/
\nname\tstate\twhP\tdd\n"
|%c\t"
process->
name）;
state）;
whP）;
|%d\t"
dd）;
voidinit（）/G初始化程序G/
s1=10;
/Gs1表示空缓冲区的数量G/
s2=0;
/Gs2表示满缓冲区的数量G/producter.name='
p'
/G对生产者进程初始化G/
producter.state=W;
producter.whP="
producter.dd=0;
consumer.name='
/G对消费者进程初始化G/
consumer.state=W;
consumer.whP="
consumer.dd=0;
for（intk=O;
k<
1O;
k++）
arraP[k]="
}voidbornpa（）/G将生产者程序装入pa[]中G/
for（i=0;
i<
=3;
i++）
pa[i]=i;
}voidbornsa（）/G将消费者程序装入sa[]中G/
sa[i]=i;
voiddiaodu（）/G处理器调度程序G/
while（（producter.state=='
W）||（consumer.state==W））{
G=rand（）;
/GG随机获得一个数G/G=G%2;
/G对G取于G/
if（G==O）/G若G等于零，则执行生产者进程，反之执行消费者进程G/
process=&
producter;
/Gprocess表示现行进程，将现行进程置为生产者进程G/
process仁&
consumer;
process1=&
pc=process->
dd;
i=pc;
/G此时把PC的值付给IG/
if（（process->
name=='
）&
&
（process_>
state==W））
j=pa[i];
pc=i+1;
switch（j）
case0:
s1=p（s1）;
dd=pc;
break;
case1:
put（）;
case2:
s2=v（s2）;
case3:
gotol（）;
elseif（（process->
name=='
（process->
state=='
W））/G执行消费者进程且该进程处
于就绪状态G/
j=sa[i];
caseO:
s2=p（s2）;
/G申请资源，若没有申请到则跳转G/case1:
get（）;
case2:
s1=v（s1）;
case3:
}/GendelseG/
}/GendwhileG/printf（"
\nTheprogramisover!
voidmain（）
init（）;
bornpa（）;
bornsa（）;
diaodu（）;
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