操作系统实验报告--经典的生产者—消费者问题

1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#。2六、生产者与消费者的思路和设计1、程序流程图(1)生产者NYYN开始生产产品Wait(empty)empty≤0Wait(mutex)Mutex=1存入缓冲区empty=empty-1Signal(mutex)Signal(full)缓冲区内已满，已无可用缓冲区缓冲区正被其他进程占用结束3(2)消费者NYYN开始Wait(full)消费请求full≤0Wait(mutex)Mutex=1消费full=full-1Signal(mutex)Signal(empty)缓冲区内产品已空，不能进行消费缓冲区正被其他进程占用结束42、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(full0){//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(empty0){//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5}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6i=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){7i=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。8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。