同步机构Word格式文档下载.docx
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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:
array[0..9]ofproducts;
s1,s2:
semaphore;
IN,out;
integer;
IN:
=0;
out:
cobegin
procedureproducer;
c:
products;
begin
L1:
produce（c）;
p（s1）;
B[IN]:
=C;
=（IN+1）mod10;
v（s2）;
gotoL1
end;
procedureconsumer;
x:
L2:
P（s2）;
=B[out];
=（out+1）mod10;
v（s1）;
consume（x）;
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
或char等代替。
（3）进程控制块PCB。
为了纪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。
在模拟实验中，假设进程控制块的结构如图4-1。
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（在模拟实验中进程等待原因为等待信号量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。
（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器职能。
模拟的一组指令见图4-2，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，指出下一条
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4-3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。
（5）程序设计
本实验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4-4至图4-7指出。
初始化程序：
模拟实验的程序从初始化程序入口启动，初始化工作包括对信号量S1、
S2赋初值，对生产者、消费者进程的PCB初始化。
初始化后转向处理器调度程序，其流程
如图4-4
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他进程运行。
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，让它成为非运行状态，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4-5。
模拟处理器指令执行程序：
按“指令计数器”PC之值执行指定的质量，且PC加1指向
下一条指令。
模拟处理器指令执行的程序流程见图4-6和4-7。
另外，为了使得模拟程序有一个结束条件，在图4-6中附加了“生产者运行结束”的条
件判断，模拟时可以采取人工选择的方法实现。
图4-7给出了P（S）和V（S）模拟指令执
行过程的流程。
其他模拟指令的执行过程已在图4-2中指出。
四源程序
#include<
string.h>
#include<
ctype.h>
malloc.h>
/*malloc（）等*/
limits.h>
/*INT_MAX等*/
stdio.h>
/*EOF（=^Z或F6）,NULL*/
stdlib.h>
/*atoi（）*/
io.h>
/*eof（）*/
math.h>
/*floor（）,ceil（）,abs（）*/
process.h>
/*exit（）*/
#include<
iostream>
usingnamespacestd;
time.h>
#defineBUF10//缓存的大小
#defineMAX20//最大可以输入的字符
//数据结构的定义和全局变量
typedefstructPcb{
charname[10];
//进程名
charstate[10];
//运行状态
charreason[10];
//若阻塞，其原因
intbreakp;
//断点保护
structPcb*next;
//阻塞时的顺序
}Pcb,*link;
ints1,s2;
//信号量
linkp1;
//生产者进程
linkc1;
//消费者进程
charstr[MAX];
//输入的字符串
charbuffer[BUF];
//缓冲池
intlen;
//输入长度
intsp=0;
//string的指针
intin=0;
//生产者指针
intout=0;
//消费者指针
chartemp;
//供打印的临时产品
charrec_p[MAX];
//生产记录
intrp1=0;
//生产记录指针
charrec_c[MAX];
//消费记录
intrp2=0;
//消费记录指针
linkready;
//就绪队列
linkb_s1;
//s1阻塞队列
linkb_s2;
//s2阻塞队列
intpc;
//程序计数器
intcount;
//字符计数器
intcon_cnt;
//消费计数器
voidinit（）;
//初始化
voidp（ints）;
//P操作
voidv（ints）;
//V操作
voidblock（ints）;
//阻塞函数
voidwakeup（ints）;
//唤醒函数
voidcontrol（）;
//处理机调度
voidprocessor（）;
//处理机执行
voidprint（）;
//打印函数
voidinit（）{//初始化
s1=BUF;
s2=0;
p1=（link）malloc（sizeof（Pcb））;
//建立新的结点,并初始化为生产者
strcpy（p1->
name,"
Producer"
）;
state,"
Ready"
reason,"
Null"
p1->
breakp=0;
next=NULL;
c1=（link）malloc（sizeof（Pcb））;
//建立新的结点,并初始化为消费者
strcpy（c1->
Consumer"
c1->
ready=p1;
ready->
next=c1;
//初始化为生产进程在前，消费进程在后
b_s1=NULL;
b_s2=NULL;
//阻塞进程为NULL
pc=0;
con_cnt=0;
}
voidp（ints）{
if（s==1）{//p（s1）
s1--;
if（s1<
0）
block
（1）;
//阻塞当前生产进程
else{
printf（"
\t*s1信号申请成功!
\n"
ready->
breakp=pc;
//保存断点
}
}
else{//p（s2）
s2--;
if（s2<
block
（2）;
//阻塞当前消费进程
\t*s2信号申请成功!
voidv（ints）{
if（s==1）{//v（s1）
s1++;
=0）
wakeup
（1）;
//唤醒生产进程
ready->
else{//v（s2）
s2++;
=0）
wakeup
（2）;
//唤醒消费进程
voidblock（ints）{//阻塞函数的定义
linkp;
intnum1=0;
intnum2=0;
if（s==1）{//生产进程
strcpy（p1->
Block"
//改变状态
S1"
//说明原因
p=b_s1;
while（p）{
num1++;
p=p->
next;
//p的值为NULL,表示队尾
if（!
b_s1）
b_s1=p1;
else
p=p1;
p1->
printf（"
\t*p1生产进程阻塞了!
ready=ready->
//在就绪队列中去掉,指向下一个
num1++;
else{//消费进程
strcpy（c1->
S2"
p=b_s2;
num2++;
}
b_s2）
b_s2=c1;
p=c1;
//在就绪队列中去掉,指向下一个
c1->
\t*c1消费进程阻塞了!
num2++;
}
printf（"
\t*阻塞的生产进程个数为:
%d\n"
num1）;
\t*阻塞的消费进程个数为:
num2）;
voidwakeup（ints）{//唤醒函数的定义
linkq=ready;
if（s==1）{//唤醒b_s1队首进程,生产进程队列
b_s1=b_s1->
//阻塞指针指向下一个阻塞进程
strcpy（p->
while（q）//插入就绪队列
q=q->
q=p;
p->
\t*p1生产进程唤醒了!
else{//唤醒b_s2队首进程,消费进程队列
b_s2=b_s2->
while（q->
next）//插入就绪队列
q->
next=p;
\t*c1消费进程唤醒了!
voidcontrol（）//处理器调度程序
{
intrd;
intnum=0;
linkp=ready;
if（ready==NULL）//若无就绪进程,结束
return;
while（p）//统计就绪进程个数
{
num++;
p=p->
//最终p变为NULL
\t*就绪进程个数为:
num）;
time_tt;
srand（（unsigned）time（&
t））;
rd=rand（）%num;
//随机函数产生随机数
if（rd==1）{
p=ready;
strcpy（ready->
Run"
next->
else
pc=ready->
breakp;
voidprocessor（）{//模拟处理器指令执行
if（strcmp（ready->
）==0）//当前进程为生产者
switch（pc）
{
case0:
//produce
\t*生产者生产了字符%c\n"
str[sp]）;
rec_p[rp1]=str[sp];
//添加到生产记录
sp=（sp+1）%len;
pc++;
break;
case1:
//p（s1）
p
（1）;
case2:
//put
buffer[in]=rec_p[rp1];
//放到缓冲区
\t*%c字符成功入驻空缓存!
buffer[in]）;
rp1++;
in=（in+1）%BUF;
case3:
//v（s2）
\t*释放一个s2信号\n"
v
（2）;
case4:
//goto01
\t*生产进程goto0操作\n"
pc=0;
count--;
//剩余字符个数减1
\t*剩余字符count=%d个\n"
count）;
if（count<
=0）{//生产结束
printf（"
\t*生产者结束生产!
strcpy（p1->
Stop"
ready->
breakp=-1;
ready=ready->
//在就绪队列中去掉
}
else//当前进程为消费者
case0:
//p（s2）
p
（2）;
//get
\t*消费者取字符!
temp=buffer[out];
out=（out+1）%BUF;
//v（s1）
\t*释放一个s1\n"
v
（1）;
//consume
\t*消费了字符%c\n"
temp）;
rec_c[rp2]=temp;
//添加到消费记录
rp2++;
con_cnt++;
if（con_cnt>
=len）{
strcpy（c1->
//完成态
c1->
return;
//goto0
\t*消费进程goto0操作\n"
voidprint（）{
inti,j;
————————生产者消费者模拟———————\n"
*模拟过程的字符串为:
\t"
%s\n"
&
str）;
*已生产:
"
for（j=0;
j<
=rp1;
j++）
%c"
rec_p[j]）;
\n*空缓存:
for（j=rp2;
buffer[j]）;
\n*已消费:
=rp2;
rec_c[j]）;
\n———————进程控制块的信息————————\n"
进程名\t\t状态\t等待原因\t断点\n"
%s\t%s\t%s\t\t%d\n\n"
p1->
name,p1->
state,p1->
reason,p1->
breakp）;
%s\t%s\t%s\t\t%d\n"
c1->
name,c1->
state,c1->
reason,c1->
———————————————————————\n"
1.继续0.退出\n"
scanf（"
%d"
i）;
if（i==0）{
exit（0）;
voidmain（）{
*生产者消费者模拟\n"
—————————\n"
*请输入字符串:
%s"
str）;
//string数组存放将要产生的字符
len=strlen（str）;
count=len;
//输入字符的个数
init（）;
while（con_cnt<
len）//消费完所有的字符为结束
{
system（"
cls"
//清屏操作
—————————模拟指令流程————————\n"
control（）;
//处理器调度程序
processor（）;
//模拟处理器指令执行
print（）;
//输出显示各个信息
\n程序结束!
五运行结果
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