进程同步机制与互斥生产者消费者问题Word格式文档下载.docx

1、1.3基本内容在设计程序时主要有三个主体部分、三个辅助函数和一个数据结构。其中主体部分为一个主函数main（），用于初始化缓冲区和各个同步对象，并完成线程信息的读入，最后根据该组的线程记录启动模拟线程，并等待所有线程的运行结束后退出程序；生产者函数Produce（）和消费者函数Consume（），生产者和消费者函数运行于线程中完成对缓冲区的读、写动作，根据此处生产消费的模型的特点，生产者和消费者之间通过使用同步对象实现了生产和消费的同步与互斥，是本实验的核心所在。另外三个辅助性函数被生产者和消费者函数调用，是上述生产和消费函数中对缓冲区进行的一系列处理。定义一个数据结构，记录在测试文件中指定的

2、每一个线程的参数。1）用一个整型数组Buffer_Critical来代表缓冲区。不管是生产产品还是对已有的产品的消费都需要访问该组缓冲区。2）进程信息ThreadInfo数据结构，包含线程的各个信息。struct ThreadInfoint serial; /线程序列号char entity; /是P还是Cdouble delay; /线程延迟int thread_requestMAX_THREAD_NUM; /线程请求队列int n_request; /请求个数;3）在实现本程序的消费生产模型时，具体的通过如下同步对象实现互斥：1设一个互斥量h_mutex，以实现生产者在查询和保留缓冲区内的

3、下一个位置时进行互斥。2每一个生产者用一个信号量与其消费者同步，通过设置h_SemaphoreMAX_THREAD_NUM信号量3数组实现，该组信号量用于相应的产品已产生。同时用一个表示空缓冲区数目的信号量empty_semaphore进行类似的同步，只是缓冲区中是否存在空位置，以便开始生产下一个产品。4每一个缓冲区用一个同步对象实现该缓冲区上消费者之间的互斥，这通过设置临界区对象数组PC_CrilicalMAX_BUFFER_NUM实现。1.4程序代码#includewindows.hfstream.hstdio.hstringconio.h#define MAX_BUFFER_NUM 10

4、 #define INTE_PER_SEC 1000#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 /进程信息ThreadInfo数据结构，包含线程的各个信息 int serial; char entity; int delay; int thread_requestMAX_THREAD_NUM; /线程请求队列 int n_request;/每一个缓冲区用一个同步对象实现该缓冲区上消费者之间的互斥，这通过设置临界区对象数组PC_CrilicalMAX_BUFFER_NUM实现。CRITICAL_SE

5、CTION PC_Critical MAX_BUFFER_NUM;/用一个整型数组Buffer_Critical来代表缓冲区。int Buffer_CriticalMAX_BUFFER_NUM;HANDLE h_ThreadMAX_THREAD_NUM;ThreadInfo Thread_InfoMAX_THREAD_NUM;/设一个互斥量h_mutex，以实现生产者在查询和保留缓冲区内的下一个位置时进行互斥。HANDLE h_mutex;/每一个生产者用一个信号量与其消费者同步，通过设置h_SemaphoreMAX_THREAD_NUM信号量数组实现，该组信号量用于相应的产品已产生。HAND

6、LE h_SemaphoreMAX_THREAD_NUM;/同时用一个表示空缓冲区数目的信号量empty_semaphore进行类似的同步，只是缓冲区中是否存在空位置，以便开始生产下一个产品。HANDLE empty_semaphore;DWORD n_Thread=0;DWORD n_Buffer_or_Critical;void Produce（void *p）;void Consume（void *p）;bool IfInOtherRuquest（int）;int FindProducePosition（）;int FindBufferPosition（int）;/函数 输入数据，提取线

7、程信息到数据结构中，初始化临界区，创建信号量，创建线程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;iMAX_BUFFER_NUM;i+） Buffer_Criticali=-1; /初始化每个线程的请求序列 for（int j=0;jMAX_THREAD_NUM;j+） for（int k=0;kn_Buffer_or_Critical; inFile.get（）; printf（输入文件是:n /显示获得的缓冲区数目信息 %d个缓冲区 n,（int）n_Buffer_or_Cr

8、itical）; /提取每个线程信息到相应的数据结构中 while（inFile） inFileThread_Infon_Thread.serial;Thread_Infon_Thread.entity;Thread_Infon_Thread.delay; char c; inFile.get（c）; while（c!=n& !inFile.eof（） inFileThread_Infon_Thread.thread_requestThread_Infon_Thread.n_request+; inFile.get（c）; n_Thread+; /显示获得的线程信息，便于确认正确性 for（j

9、=0;（int）n_Thread; int Temp_serial=Thread_Infoj.serial; char Temp_entity=Thread_Infoj.entity; int Temp_delay=Thread_Infoj.delay; printf（ 线程%2d %c %d , Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay）; int Temp_request=Thread_Infoj.n_request;Temp_request; printf（ %d ,Thread_Infoj.thread_requestk）; coutendl; coutse

10、rial; m_delay=（DWORD）（ThreadInfo*）（p）-delay*INTE_PER_SEC）; Sleep（m_delay）; /开始请求生产生产者 %2d 请求生产n,m_serial）; /确认有缓冲区可以生产，同时将空位置数empty减1；用于生产者和消费者之间的同步; wait_for_semaphore=WaitForSingleObject（empty_semaphore,-1）; /互斥访问下一个可用于生产的空临界区，实现写写互斥 wait_for_mutex=WaitForSingleObject（h_mutex,-1）; int ProducePos=F

11、indProducePosition（）; ReleaseMutex（h_mutex）; /生产者在获得自己的空位置并做上标记后，以下写操作在生产者之间可以并发 /在核心生产步骤中，程序将生产者的ID作为产品编号放入，方便消费者识别生产者 %2d 开始生产在位置 %2dn,m_serial,ProducePos）; Buffer_CriticalProducePos=m_serial;生产者 %2d 完成生产n位置%2d:%3d 的产品 n,ProducePos,Buffer_Critical ProducePos）; /使生产者写的缓冲区可以被多个消费者使用，实现读写同步 ReleaseSe

12、maphore（h_Semaphorem_serial,n_Thread,NULL）;/消费者进程void Consume（void*p） DWORD wait_for_semaphore,m_delay; /消费者的序列号和请求的数目 int m_serial,m_requestNum; /本消费线程的请求队列 int m_thread_requestMAX_THREAD_NUM; /提取本线程信息到本地 m_requestNum=（ThreadInfo*）（p）-n_request;m_requestNum; m_thread_requesti=（ThreadInfo*）（p）-threa

13、d_requesti;消费者 %2d 请求消费 %2d 的产品 n,m_serial,m_thread_requesti）; /请求下一个产品 /如果对应生产者没有生产，则等待； /如果生产了，允许消费者数目为-1；实现了读写同步 wait_for_semaphore=WaitForSingleObject（h_Semaphorem_thread_requesti,-1）; /查询所需产品放到缓冲区的号 int BufferPos=FindBufferPosition（m_thread_requesti）; /开始进行具体缓冲区处理，读和读在改缓冲区上仍然是互斥的 /进入临界区后执行消费动作，

14、并在完成此次请求后，通知另外的消费者本处请求已经满足； /同时如果对应的产品使用完毕，就做相应处理，并给出相应动作的界面提示； /该相应处理指将相应缓冲区清空，并增加代表空缓冲区得信号量 EnterCriticalSection（&PC_CriticalBufferPos）;消费者 %2d 开始消费 %2d 的产品 n （ThreadInfo*）（p）-thread_requesti=-1; if（!IfInOtherRequest（m_thread_requesti） /标记缓冲区为空 Buffer_CriticalBufferPos=0;消费者 %2d 消费完成 %2d n%3dn,Buf

15、ferPos,Buffer_CriticalBufferPos）; /离开临界区 ReleaseSemaphore（empty_semaphore,1,NULL）;消费者 %2d 消费完产品 %2d n LeaveCriticalSection（&2实验结果及问题分析2.1测试结果测试文件内容为：51 P 32 P 43 C 4 14 P 15 C 2 1 2 4运行程序如下图主菜单页面所示：2.2结果分析 由于我们在一个循环中创建了这五个线程，所以认为它们是同时开始运转的。根据第三列的延迟时间，最早开动作的是thread 4生产产品。它5个缓冲区的位置1中生产了产品。接下来是线程 5和1，消费者 5要求消费线程 1生产的产品，线程 1还没有生产，所以先阻塞，然后, 线程 1发送生产请求，线程 1生产完产品放入位置2，消费者5才能够消费，接着消费者5要求消费线程 2的产品，此产品还没生产，5线程被阻塞。到第4秒时，线程 2要求生产，产品放入位置3，消费者3消费线程 1的产品.此时线程 5所要求消费的产品已经都就绪，所以线程 5消费被激活，顺利消费线程 1,2,4生产者得产品。所以，由于对每个产品的都是对它的最后一次消费，所以，消费完产品后随即释放该产品所占缓冲区空间。