C语言编程模拟生产者和消费者问题Word格式.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——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:
array[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;
x:
L2:
p(s2);
x:
=B[out];
out:
=(out+1)modlO;
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。
模拟的指令
功能
p(s)
执行P操作原语
v(s)
r执行v操作原语
put
=product;
IN:
=(IN+1)mod10
GET
=(out+1)mod10
produce
输入一个字符放入C中
consume
打印或显示x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
p(si)
2
PUT
v(si)
3
v(S2)
4
goto0
图3-3生产者和消费者程序
(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。
¥
劃怕代苗号童■打4
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特現拧虑整■畀生严tidSpPer-a
L
图3-4初始化流程
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毎飢曲扶博遷
理柞为現厅进柑
为运衍谄
却;
丸息FCE榊•Al*PC
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。
疗ETproduc]町h;
0*0
t:
r运打怕
图3-6模拟处理器指令执行
聃调用¥
“)的谨程畫为就绪态
(a)模拟P(s)
(b)模拟V(s)
图3-7模拟PV操作的执行
•模拟处理器指令执行程序:
按“指令计数器”PC之值执行指定的指令,
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
出。
附录:
代码#include<
>
#include<
#defineNULL0structspcb{
charname;
charstate;
charwhy;
intdd;
};
typedefstructspcbpcb;
pcbproducter,consumer,*process,*process1;
ints1,s2,i,j,in,out,pc,m;
chararray[10];
charc,x;
intpa[6],sa[6];
intp(ints)/*p操作原语*/{
s=s-1;
if(s<
0){
process->
state='
B'
;
/*B表示阻塞*/process->
why='
s'
}else{
W'
/*W表示就绪*/}return(s);
}
intv(ints)/*v操作原语*/{
s=s+1;
=0){process1->
}process->
return(s);
charRanChar()
{
chararr[10]={'
a'
'
b'
c'
d'
e'
f'
g'
h'
i'
j'
returnarr[abs(rand()%10)];
voidput()
//printf("
\npleaseproductanychar!
"
);
//scanf("
\n%c"
&
c);
Sleep(1000);
array[in]=RanChar();
in=(in+1)%10;
printf("
productacharis%c!
\n"
array[in-1]);
intk=0;
for(m=0;
m<
10;
m++)
if(array[m]!
='
'
){printf("
%c"
array[m]);
k=k+1;
缓冲池中有%d个产品\n"
k);
voidget()
x=array[out];
printf("
\n%cgetacharfronbuffer"
x);
\n"
array[out]='
out=(out+1)%10;
intk=0;
for(m=0;
m++){
voidgotol()
pc=0;
voidnop()
{;
voiddisp()/*建立进程显示函数,用于显示当前进程*/{
\nname\tstate\twhy\tdd\n"
|%c\t"
process->
name);
state);
why);
|%d\t"
dd);
voidinit()/*初始化程序*/
s1=10;
/*s1表示空缓冲区的数量*/
s2=0;
/*s2表示满缓冲区的数量*/
p'
/*对生产者进程初始化*/
=l
一J
=0;
/*对消费者进程初始化*/
=|
for(intk=0;
k<
k++)
array[k]='
voidbornpa()/*将生产者程序装入pa[]中*/
for(i=0;
i<
=3;
i++)
pa[i]=i;
voidbornsa()/*将消费者程序装入sa[]中*/
{for(i=0;
sa[i]=i;
voiddiaodu()/*处理器调度程序*/
while(=='
)||=='
))
x=rand();
/*x随机获得一个数*/
x=x%2;
/*对X取于*/
if(x==0)/*若X等于零,则执行生产者进程,反之执行消费者进程*/
process=&
producter;
/*process表示现行进程,将现行进程置为生产者进程*/process1=&
consumer;
else
process1=&
pc=process->
dd;
i=pc;
/*此时把PC的值付给I*/if((process->
name=='
)&
&
(process->
state=='
)){
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->
))/*执行消费者进程且该进程处于就绪状态*/
j=sa[i];
s2=p(s2);
/*申请资源,若没有申请到则跳转*/case1:
get();
s1=v(s1);
}/*endelse*/
}/*endwhile*/printf("
\nTheprogramisover!
voidmain()
{init();
bornpa();
bornsa();
diaodu();