生产者消费者问题.docx

1、生产者消费者问题实训二 操作系统中的经典线程同步问题一、 实训目的:1、通过对“生产者-消费者”问题编程实现，了解线程创建、同步信号量、互斥信号量、临界区的创建和使用。 2、了解线程互斥和同步机制。3、了解PV原语和信号量在线程互斥和同步机制中的运用。二 、实训环境：一台PC机/人三、预习内容：1、进程的控制。2、进程同步。3、本实验内容主要对应于教材第2章中关于进程的各节四、实训内容：1、编写进程控制程序并运行，理解进程控制的各操作。2、生产者和消费者问题，本实验用到几个API函数：CreatThread, CreatMutex, CreatSemaphore, WaitForSingleO

2、bject, ReleaseSemaphore, ReleaseMutex, InitializeCriticalSection, EnterCriticalSection, LeaveCriticalSection这些函数的作用：CreatThread: 创建一个线程，该线程在调用进程的地址空间中执CreatMutex : 产生一个命名的或者匿名的互斥量对象。WaitForSingleObject（对应p操作）锁上互斥锁，ReleaseMutex（对应v操作）打开互斥锁。CreateSemaphore：创建一个命名的或者匿名的信号对象。信号量可以看作是在互斥量上的一个扩展。 WaitForS

3、ingleObject：使程序处于等待状态，直到信号量（或互斥量）hHandle出现或者超过规定的等待最长时间，信号量出现指信号量大于或等于1，互斥量出现指打开互斥锁。在返回之前将信号量减1或者锁上互斥锁。 ReleaseSemaphore：将所指信号量加上指定大小的一个量，执行成功，则返回非0值。 ReleaseMutex：用来打开互斥量，即将互斥量加1。成功调用则返回0。InitializeCriticalSection：该函数初始化临界区对象。EnterCriticalSection：该函数用于等待指定临界区对象的所有权。当调用线程被赋予所有权时，该函数返回。LeaveCriticalS

4、ection：该函数释放指定的临界区对象的所有权。3、 测试数据设计及测试结果分析已知测试用例文件输入的文件时：5 thread 1 P 5.000000 thread 2 P 4.000000 thread 3 P 2.000000 thread 4 C 6.000000 5 6 thread 5 P 7.000000 thread 6 P 1.000000 thread 7 C 3.000000 1 3 2 生产者 6 发送生产请求信号.生产者 6 开始在缓冲区 0 生产产品.生产者 6 完成生产过程 ：缓冲区【 0 】： 6生成者 3 发送生产请求信号.生产者 3 开始在缓冲区 1 生产

5、产品.生产者 3 完成生产过程 :缓冲区【 1 】： 3消费者 7请求消费 1 产品消费者 7请求消费 1 产品生产者 2 发送生成者请求信号.生产者 2 开始在缓冲区 2 生产产品生产者 2 完成生产过程 ：缓冲区【 2 】 ： 2生产者 1 发送生产请求信号.生产者 1 开始在缓冲区 3 生产产品.生产者 1 完成生产过程 ：缓冲区【 3 】 ： 1消费者 7 开始消费 1 产品消费者 7成功消费 1：缓冲区【3】 ： -1消费者 7 请求消费 3产品消费者 7开始消费 3产品消费者 7 成功消费 3:缓冲区【1】： -1消费者 7 请求消费 2产品消费者 7开始消费 2产品消费者 7 成

6、功消费 2:缓冲区【2】： -1消费者 4请求消费 5 产品 生产者 5 发送生产请求信号.生产者 5 开始在缓冲区1生产产品生产者 5 完成生产过程缓冲区【1】： 5消费者 4请求消费 5产品消费者 4 请求消费 5产品缓冲区【1】：-1消费者 4请求消费 6 产品消费者 4 开始消费 6产品消费者 4 成功消费 6：缓冲区【0】 ：-1五、参考程序#include#include#include#include#include/定义一些常量；/本程序允许的最大临界区数；#define MAX_BUFFER_NUM 10/秒到毫秒的乘法因子；#define INTE_PER_SEC 1000

7、/本程序允许的生产和消费线程的总数；#define MAX_THREAD_NUM 64/定义一个结构，记录在测试文件中指定的每一个线程的参数struct ThreadInfo int serial; /线程序列号 char entity; /是P还是C double delay; /线程延迟 int thread_requestMAX_THREAD_NUM; /线程请求队列 int n_request; /请求个数;/全局变量的定义/临界区对象的声明,用于管理缓冲区的互斥访问；CRITICAL_SECTION PC_CriticalMAX_BUFFER_NUM; int Buffer_Crit

8、icalMAX_BUFFER_NUM; /缓冲区声明，用于存放产品；HANDLE h_ThreadMAX_THREAD_NUM; /用于存储每个线程句柄的数组；ThreadInfo Thread_InfoMAX_THREAD_NUM; /线程信息数组；HANDLE empty_semaphore; /一个信号量；HANDLE h_mutex; /一个互斥量；DWORD n_Thread = 0; /实际的线程的数目；DWORD n_Buffer_or_Critical; /实际的缓冲区或者临界区的数目；HANDLE h_SemaphoreMAX_THREAD_NUM; /生产者允许消费者开始消

9、费的信号量；/生产消费及辅助函数的声明void Produce(void *p);void Consume(void *p); bool IfInOtherRequest(int);int FindProducePositon();int FindBufferPosition(int);int main(void) /声明所需变量； DWORD wait_for_all; ifstream inFile; /初始化缓冲区； for(int i=0;i MAX_BUFFER_NUM;i+) Buffer_Criticali = -1; /初始化每个线程的请求队列； for(int j=0;jMA

10、X_THREAD_NUM;j+) for(int k=0;kMAX_THREAD_NUM;k+) Thread_Infoj.thread_requestk = -1; Thread_Infoj.n_request = 0; /初始化临界区； for(i =0;i n_Buffer_or_Critical; inFile.get(); printf(输入文件是:n); /回显获得的缓冲区的数目信息； printf(%d n,(int) n_Buffer_or_Critical); /提取每个线程的信息到相应数据结构中； while(inFile) inFile Thread_Infon_Thre

11、ad.serial; inFile Thread_Infon_Thread.entity; inFile Thread_Infon_Thread.delay; char c; inFile.get(c); while(c!=n& !inFile.eof() inFile Thread_Infon_Thread.thread_requestThread_Infon_Thread.n_request+; inFile.get(c); n_Thread+; /回显获得的线程信息，便于确认正确性； for(j=0;j(int) n_Thread;j+) int Temp_serial = Thread

12、_Infoj.serial; char Temp_entity = Thread_Infoj.entity; double Temp_delay = Thread_Infoj.delay; printf( n thread%2d %c %f ,Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay); int Temp_request = Thread_Infoj.n_request; for(int k=0;kTemp_request;k+) printf( %d , Thread_Infoj.thread_requestk); coutendl; printf(nn); /创

13、建在模拟过程中几个必要的信号量 empty_semaphore=CreateSemaphore(NULL,n_Buffer_or_Critical,n_Buffer_or_Critical, semaphore_for_empty); h_mutex = CreateMutex(NULL,FALSE,mutex_for_update); /下面这个循环用线程的ID号来为相应生产线程的产品读写时所 /使用的同步信号量命名； for(j=0;j(int)n_Thread;j+) std:string lp =semaphore_for_produce_; int temp =j; while(temp) char c = (char)(temp%10); lp+=c; temp/=10; h_Semaphorej+1=CreateSemaphore(NULL,0,n_Thread,lp.c_str(); /创建生产者和消费者线程； for(i =0;i (int) n_Thread;i+) if(Thread_Infoi.entity =P) h_Threadi= CreateThre