操作系统实验报告经典的生产者消费者问题.docx
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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。
消费者功能描述：
消费者线程从缓冲区获得物品，然后释放缓冲区，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。
五、实验环境
操作系统环境：
Windows系统。
编程语言：
C#。
六、生产者与消费者的思路和设计
1、程序流程图
（1）生产者
（2）消费者
2、主要程序代码
//初始化变量
privatevoidForm1_Load（objectsender,EventArgse）
{
mutex=1;//互斥信号量
full=0;//缓冲池中满缓冲区的数量
empty=5;//缓冲池中空缓冲区的数量
count1=0;//生产的产品数目
i=0;
lb_mutex.Text="1";
lb_full.Text="0";
lb_empty.Text="5";
}
//消费者从缓冲区中消费一个产品
privatevoidconsumer_Click（objectsender,EventArgse）
{
if（full>0）
{//消费者已进入互斥临界区
if（mutex==1）//申请进入临界区
{
mutex=0;//消费者已进入互斥临界区
lb_mutex.Text="0";
timer_consumer.Enabled=true;//启动消费者消费缓冲区产品
}
else
{
MessageBox.Show（"缓冲区被占用，请等待。
。
。
","信息提"MessageBoxButtons.OK）;
}
}
else
{
MessageBox.Show（"缓冲区为空，不能消费!
","信息提示",MessageBoxButtons.OK）;
}
}
//生产者向缓冲区中存入一个产品
privatevoidproducer_Click（objectsender,EventArgse）
{
count1=count1+1;//生产一个产品
if（empty>0）
{//有缓冲区可放产品
if（mutex==1）
{//申请进入临界区
mutex=0;//生产者已进入临界区
lb_mutex.Text="0";
timer1.Start（）;//启动生产者将产品放入缓冲区
}
else
{//不能进入临界区
count1=count1-1;
MessageBox.Show（"缓冲区被占用，请等待。
。
。
","信息提示",MessageBoxButtons.OK）;
}
}
else
{
MessageBox.Show（"缓冲区已满!
","信息提示",MessageBoxButtons.OK）;//无缓冲区可放产品
count1=count1-1;
}
}
//生产者
privatevoidtimer1_Tick_1（objectsender,EventArgse）
{
if（bool1）
{
switch（count1）
{
case1:
pictureBox1.Visible=true;break;
case2:
pictureBox2.Visible=true;break;
case3:
pictureBox3.Visible=true;break;
case4:
pictureBox4.Visible=true;break;
case5:
pictureBox5.Visible=true;break;
}
lb_show.Text="生产者进程占用缓冲区，请等待。
。
。
。
";
bool1=false;
}
else
{
switch（count1）
{
case1:
pictureBox1.Visible=false;break;
case2:
pictureBox2.Visible=false;break;
case3:
pictureBox3.Visible=false;break;
case4:
pictureBox4.Visible=false;break;
case5:
pictureBox5.Visible=false;break;
}
lb_show.Text="生产者进程占用缓冲区，请等待。
。
。
。
";
bool1=true;
}
i=i+1;
if（i==5）
{//循环缓冲区，首尾相接
i=0;
timer1.Enabled=false;
mutex=1;
lb_mutex.Text="1";
switch（count1）
{
case1:
pictureBox1.Visible=true;break;
case2:
pictureBox2.Visible=true;break;
case3:
pictureBox3.Visible=true;break;
case4:
pictureBox4.Visible=true;break;
case5:
pictureBox5.Visible=true;break;
}
full=full+1;
lb_full.Text=full.ToString（）;
empty=empty-1;
lb_empty.Text=empty.ToString（）;
lb_show.Text="生产结束!
";
}
}
//消费者
privatevoidtimer_consumer_Tick（objectsender,EventArgse）
{
if（bool1）{
switch（count1）{
case1:
pictureBox1.Visible=true;break;
case2:
pictureBox2.Visible=true;break;
case3:
pictureBox3.Visible=true;break;
case4:
pictureBox4.Visible=true;break;
case5:
pictureBox5.Visible=true;break;
}
lb_show.Text="消费者进程占用缓冲区，请等待。
。
。
。
";
bool1=false;
}
else{
switch（count1）{
case1:
pictureBox1.Visible=false;break;
case2:
pictureBox2.Visible=false;break;
case3:
pictureBox3.Visible=false;break;
case4:
pictureBox4.Visible=false;break;
case5:
pictureBox5.Visible=false;break;
}
lb_show.Text="消费者进程占用缓冲区，请等待。
。
。
。
";
bool1=true;
}
i=i+1;
if（i==5）{
i=0;
timer_consumer.Enabled=false;
mutex=1;
lb_mutex.Text="1";
switch（count1）{
case1:
pictureBox1.Visible=false;break;
case2:
pictureBox2.Visible=false;break;
case3:
pictureBox3.Visible=false;break;
case4:
pictureBox4.Visible=false;break;
case5:
pictureBox5.Visible=false;break;
}
count1=count1-1;
full=full-1;
lb_full.Text=full.ToString（）;
empty=empty+1;
lb_empty.Text=empty.ToString（）;
lb_show.Text="消费结束！
";
}
3、运行界面和运行结果
一般情况下，点一次生产者按纽，mutex由1变为0，缓冲区呈现闪烁状态（表示正在存储），此时不可以再进行缓冲区操作，否则将显示“生产者进程正在占用缓冲区，请等待”。
闪烁约1.5秒后，mutex由0变为1，闪烁停止，表示存储过程结束；点一次消费者按纽，mutex由1变为0，缓冲区呈现闪烁状态（表示正在消费），此时不可以再进行缓冲区操作，否则将显示“消费者进程正在占用缓冲区，请等待”。
闪烁约1.5秒后，mutex由0变为1，闪烁停止，表示消费过程结束。
缓冲池满后，若再点生产者按纽，会给出信息提示：
“缓冲区已满!
”。
缓冲池空后，若再点消费者按纽，也会给出信息提示：
“缓冲区为空，不能消费!
”。
在存储状态或消费状态（闪烁状态），无论是点生产者按纽还是消费者按纽都会给出“缓冲区被占用，请等待。
。
”信息提示。
七、心得体会
本次实验是关于生产者与消费者之间互斥和同步的问题。
问题的是指是P、V操作，实验设一个共享缓冲区，生产者和消费者互斥的使用，当一个线程使用缓冲区的时候，另一个让其等待直到前一个线程释放缓冲区为止。
生产者与消费者是一个与现实有关的经验问题，通过此原理举一反三可以解决其他类似的问题。
通过本实验设计，我们对操作系统的P、V进一步的认识，深入的了解P、V操作的实质和其重要性。
课本的理论知识进一步阐述了现实中的实际问题。
实验中，我们小组分工合作，共同学习，虽然在实验中遇到了一些问题，但在老师和同学的细心指导和热心帮助下解决了。
同时，了解到团队精神的重要性，也为以后的学习和工作打下了坚实的基础，同时积累了宝贵的经验。
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