2020年操作系统实验报告经典生产者—消费者问题

时间：2020-11-24 16:59:50　来源：勤学考试网本文已影响人

　　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) 生产者开始生产产品 Wait empty ≤ Y N Wait 缓冲区内已满，已无可用缓冲区 N Mutex=1 Y 缓冲区正被其他程占用进存入缓冲区 empty=empty- 1 Signal Signal (full) 结束

　　(2) 消费者

　　开始 Wait (full) 消费请求 full ≤ Y N Wait 缓冲区内产品已空，不能进行消费 N Mutex=1 Y 消费缓冲区正被其他程占用进 full=full - 1 Signal Signal 结束

　　2、主要程序代码 // 初始化变量 private void Form1_Load(object sender, EventArgs e) { mutex=1; // 互斥信号量 full=; // 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=;// 生产的产品数目 i=;="1";="";="5"; } // 消费者从缓冲区中消费一个产品 private void consumer_Click(object sender, EventArgs e) { if (full > ) { // 消费者已进入互斥临界区 if (mutex==1) // 申请进入临界区 { mutex=; // 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 "; } } 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 sender, EventArgs e) {

　　count1=count1 + if (empty > ) { 1;

　　// 生产一个产品

　　有缓冲区可放产品 if (mutex==1) {

　　申请进入临界区 mutex=;

　　生产者已进入临界区="";

　　(); // 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 { (" 缓冲区已满 !", " 信息提示 ", ; // 无缓冲区可放产品 count1=count1 - 1; } } // 生产者 private void timer1_Tick_1(object sender, EventArgs e) { if (bool1) { switch (count1) { case 1:=true; break; case 2:=true; break; case 3:=true; break; case 4:=true; break; case 5:=true; break; }=" 生产者进程占用缓冲区，请等待。。。。

　　"; bool1=false; } else { switch (count1) { case 1:=false; break; case 2:=false; break; case 3:=false; break; case 4:=false; break; case 5:=false; break; }=" 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=;=false; mutex=1;="1"; switch (count1) { 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 !"; } } // 消费者 private void timer_consumer_Tick(object sender, EventArgs e) { if(bool1){ switch(count1){ 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(count1){ 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。。。。

　　"; bool1=true; }

　　i=i + 1; if(i==5){ i=;=false; mutex=1;="1"; switch(count1){ 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一般情况下，点一次生产者按纽， mutex 由 1 变为，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，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。