操作系统实验报告经典生产者—消费者问题

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 ≤ 0 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 ≤ 0 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 = 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;= "1";= "0";= "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 > 0){ // 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 = "0";= 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 > 0){ 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 = 0;

//

生产者已进入临界区 = "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 {(" 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 = 0;= 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 = 0;= 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 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。

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。

发人深省。

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