操作系统实验报告经典生产者—消费者问题x
时间：2020-10-13 12:44:35 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
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实验二 经典的生产者一消费者问题
一、 目的
实现对经典的生产者一消费者问题的模拟，以便更好的理解经典进程同步问题。
二、 实验内容及要求
编制生产者一消费者算法，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一消费者问题的模拟，以便更好的理解此经典进程同步问题。生产者一消 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。
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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： Win dows系统。
编程语言：C#o
六、 生产者与消费者的思路和设计
1、程序流程图
(1)生产者
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(2)消费者
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2、主要程序代码
//初始化变量
private void Form1_Load(object sen der. Even tArgs e)
{
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
countl
=0;//
生产的产品数目
i = 0;
"0";
"5"
}
//消费者从缓冲区中消费一个产品 private void con sumer_Click(object sen der, Even tArgs e)
{
if (full > 0){ //
if (full > 0)
{ //
if (mutex == 1) //
{
mutex = 0; //
消费者已进入互斥临界区
申请进入临界区
消费者已进入互斥临界区
=true;// 启动消费者消费缓冲区产品
else
("缓冲区被占用，请等待。。。信息提
("
缓冲区被占用，请等待。。。
信息提”;
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}
}
else
{
(” 缓冲区为空，不能消费!","信息提示",；
}
}
//生产者向缓冲区中存入一个产品
private void producer_Click(object sen der, Even tArgs e)
{
coun t1 = coun t1 + 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;
//
生丿者已进入临界区
="0";
();
//
启动生产者将产品放入缓冲区
}
else
{ // 不能进入临界区
count1 = count1 - 1;
(" 缓冲区被占用，请等待。。。 ","信息提示",;
}
}
else
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(” 缓冲区已满!","信息提示",；// 无缓冲区可放产品
countl = countl - 1;
}
}
//生产者
private void timer1_Tick_1(object sen der. Even tArgs e)
{
if (bool1)
{
switch (co un t1)
{
case 1:
=true; break;
case 2:
=true; break;
case 3:
=true; break;
case 4:
=true; break;
case 5:
=true; break;
}
—n
生产者进程占用缓冲区，请等待。。。。 ";
bool1 = false;
}
else
{
switch (co un t1)
{
case 1:
=false; break;
case 2:
=false; break;
case 3:
=false; break;
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case 4: = false; break;
case 5: = false; break;
}
=" 生产者进程占用缓冲区，请等待。。。。
booll = true;
}
i = i + 1;
if (i == 5)
{ // 循环缓冲区，首尾相接
i = 0;
=false;
mutex = 1;
—ll/f II.
switch (co un ⑴
{
case 1:
=true; break;
case 2:
=true; break;
case 3:
=true; break;
case 4:
=true; break;
case 5:
=true; break;
}
full = full + 1;
=();
empty = empty - 1;
=();
=" 生产结束!";
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}
//消费者
private void timer_c on sumer_Tick(object sen der. Even tArgs e)
{
if(bool1){
switch(cou nt1){
case 1:
=true; break;
case 2:
=true; break;
case 3:
=true; break;
case 4:
=true; break;
case 5:
=true; break;
}
=" 消费者进程占用缓冲区，请等待。。。。
bool1 =false;
}
else{
switch(co un t1){
case 1:
=false; break;
case 2:
=false; break;
case 3:
=false; break;
case 4:
=false; break;
case 5:
=false; break;
}
=" 消费者进程占用缓冲区，请等待。。。。
bool仁 true;
}
i = i + 1;
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if(i==5){
i = 0;
=false;
mutex = 1;
="i"；
switch(co un t1){
case 1:
=false; break;
case 2:
=false; break;
case 3:
=false; break;
case 4:
=false; break;
case 5:
=false; break;
}
count1 = count1 - 1; full = full - 1;
=();
empty = empty+1;
=();
="消费结束!
}
3、运行界面和运行结果
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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。
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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。
