操作系统生产者与消费者问题实验报告

1《操作系统》实验报告生产者和消费者的问题一、实验目的1.掌握基本的同步与互斥的算法，理解基本的生产者与消费者的模型。2.学习使用Windows2000/XP中基本的同步对象，掌握相关的API的使用方法。3.了解Windows2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。二、实验的内容及其要求1.实验内容以生产者/消费者模型为根据，在Windows2000环境下创建一个控制台进程，在改进程中创建n个线程模拟生产者和消费者，实现进程（线程）的同步与互斥。2．实验要求①学习并理解生产者/消费者模型及其同步/互斥规则②学习了解Windows同步对象及其特性③熟悉实验环境，掌握相关API的使用方法④设计程序，实现生产者/消费者进程（线程）的同步与互斥⑤提交实验报告三、实验的时间安排1．实验前，先到图书馆或上网百度了解有关生产者/消费者模型的相关知识，建立生产者/消费者模型的基本概念。2．利用13周、15周、17周的上机时间编写和调试程序代码。3．利用其他课余时间来分析实验的最终结果并完成相关的实验报告。四、实验的环境1.硬件条件：普通计算机一台2.软件条件：①操作系统：Windows2000/XP②开发语言：VC++本实验是在Windows2000+VC6.0环境下实现的，利用WindowsSDK提供的系统接口（API）完成程序的功能。实验在Windows下安装VC后进行，因为VC是一个集成开发环境，其中包含了WindowsSDK所有工具和定义，所以安装了VC后就不用特意安装SDK了。实验中所用的API（应用程序接口），是操作系统提供的用来进行应用程序设计的系统功能接口。要使用这些API，需要包含对这些函数进行说明的SDK头文件，最常见的就是windows.h。一些特殊的API调用还需要包含其他的头文件。五、正文1．程序结构图：22.数据结构：（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产品的消费都需要访问改组缓冲区。（2）在程序中用一个自定义结构ThreadInfo记录一条线程的信息，即将测试用例文件中的一行信息记录下来，用于程序创建相应的生产者或者消费者。由于要创建多个线程，所以程序中使用了一个ThreadInfo结构的数组Thread_Info。(3)在实现本程序的消费生产模型时，具体地通过如下同步对象实现互斥：●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空位置时进行互斥。●每一个生产者用一个信号量与其消费者同步，通过设置h_Semaphore[MAX_THREAD_NUM]信号量数组实现，该组信号量用于表示相应产品已生产。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，指示缓冲区中是否存在空位置，以便开始生产下一个产品。●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_Critical[MAX_BUFFER_NUM]实现。3.实验步骤：（1）打开VC，选择菜单项File-New，选择Projects选项卡并建立一个名为R_WP1的win32consoleapplication工程，创建时注意指定创建该工程的目录。（2）在工程中创建源文件R_WP1.cpp：选择菜单项Project-Addtoproject-Files,此时将打开一个新窗口，在其中的“文件名”输入栏中输入自己想要创建的文件名，这里是R_WP1.cpp；接着询问是否创建新文件时回答“yes”。通过Workspace-SourceFiles打开该文件，在其中编辑源文件并保存。（3）通过调用菜单项Build-Rebuildall进行编译连接，可以在指定的工程目录下得到debug-R_WP1.exe程序，然后把给定的test.txt文件存入该debug目录下，就可以在控制台进入该debug目录运行程序了。需3要强调的是：在创建数据文件时，由于涉及文件的格式问题，最好在记事本中手工逐个输入数据，而不要用复制和粘贴数据。4.实验源代码：//*************************R_WP1.cpp***************************#includewindows.h#includefstream.h#includestdio.h#includestring#includeconio.h//定义一些常量//本程序允许的最大临界区数#defineMAX_BUFFER_NUM10//秒到微秒的乘法因子#defineINTE_PER_SEC1000//本程序允许的生产和消费线程的总数#defineMAX_THREAD_NUM64//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structThreadInfo{intserial;charentity;doubledelay;intthread_request[MAX_THREAD_NUM];intn_request;};CRITICAL_SECTIONPC_Critical[MAX_BUFFER_NUM];intBuffer_Critical[MAX_BUFFER_NUM];HANDLEh_Thread[MAX_BUFFER_NUM];ThreadInfoThread_Info[MAX_THREAD_NUM];HANDLEempty_semaphore;HANDLEh_mutex;DWORDn_Thread=0;DWORDn_Buffer_or_Critical;HANDLEh_Semaphore[MAX_THREAD_NUM];voidProduce(void*p);voidConsume(void*p);boolIfInOtherRequest(int);intFindProducePosition();4intFindBufferPositon(int);intmain(void){DWORDwait_for_all;ifstreaminFile;for(inti=0;iMAX_THREAD_NUM;i++)Buffer_Critical[i]=-1;for(intj=0;jMAX_THREAD_NUM;j++){for(intk=0;kMAX_THREAD_NUM;k++)Thread_Info[j].thread_request[k]=-1;Thread_Info[j].n_request=0;}for(i=0;iMAX_BUFFER_NUM;i++)InitializeCriticalSection(&PC_Critical[i]);inFile.open(d:\\test.txt);inFilen_Buffer_or_Critical;inFile.get();printf(输出文件是:\n);printf(%d\n,(int)n_Buffer_or_Critical);while(inFile){inFileThread_Info[n_Thread].serial;inFileThread_Info[n_Thread].entity;inFileThread_Info[n_Thread].delay;charc;inFile.get(c);while(c!='\n'&&!inFile.eof()){inFileThread_Info[n_Thread].thread_request[Thread_Info[n_Thread].n_request++];inFile.get(c);}n_Thread++;}for(j=0;j(int)n_Thread;j++){intTemp_serial=Thread_Info[j].serial;5charTemp_entity=Thread_Info[j].entity;doubleTemp_delay=Thread_Info[j].delay;printf(\nthread%2d%c%f,Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay);intTemp_request=Thread_Info[j].n_request;for(intk=0;kTemp_request;k++)printf(%d,Thread_Info[j].thread_request[k]);coutendl;}printf(\n\n);empty_semaphore=CreateSemaphore(NULL,n_Buffer_or_Critical,n_Buffer_or_Critical,semaphore_for_empty);h_mutex=CreateMutex(NULL,FALSE,mutex_for_update);for(j=0;j(int)n_Thread;j++){std::stringlp=semaphore_for_produce_;inttemp=j;while(temp){charc=(char)(temp%10);lp+=c;temp/=10;}h_Semaphore[j+1]=CreateSemaphore(NULL,0,n_Thread,lp.c_str());}for(i=0;i(int)n_Thread;i++){if(Thread_Info[i].entity=='P')h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Produce),&(Thread_Info[i]),0,NULL);elseh_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consume),&(Thread_Info[i]),0,NULL);}wait_for_all=WaitForMultipleObjects(n_Thread,h_Thread,TRUE,-1);printf(Pressanykeytoquit!\n);_getch();return0;}boolIfInOtherRequest(intreq)6{for(inti=0;in_Thread;i++)for(intj=0;jThread_Info[i].n_request;j++)if(Thread_Info[i].thread_request[j]==req)returnTRUE;returnFALSE;}intFindProducePosition(){intEmptyPosition;for(inti=0;in_Buffer_or_Critical;i++)if(Buffer_Critical[i]==-1){EmptyPosition=i;Buffer_Critical[i]=-2;break;}returnEmptyPosition;}intFindBufferPosition(intProPos){intTempPos;for(inti=0;in_Buffer_or_Critical;i++)if(Buffer_Critical[i]=ProPos){TempPos=i;break;}returnTempPos;}voidProduce(void*p){DWORDwait_for_semaphore,wait_for_mutex,m_delay;intm_serial;m_serial=((ThreadInfo*)(p))-serial;m_delay=(DWORD)(((ThreadInfo*)(p))-delay*INTE_PER_SEC);Sleep(m_delay);printf(Producer%2dsendstheproducerequire.\n,m_serial);7wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(h_mutex,-1);i