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1、实验报告课程名称：操作系统实验名称：生产者和消费者问题学号：学生姓名：班级：指导教师：评分：实验日期：2012年10月22日1、实验目的：掌握基本的同步互斥算法，理解生产者和消费者模型。了解windows2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。学习使用windows2000/XP中基本的同步对象，掌握相应的APL2、实验要求(1)创建生产和消费线程在WindOWS2000环境下，创建一个控制台程序，在此进程中创建n个线程来模拟生产者或消费者。这些线程的信息由我们在本程序定义的“测试用例文件”中予以制定。该文件的格式如下：31 P32 P43 C414 P25 C3124(2)
2、生产和消费的规则a.共享缓冲区存在空闲空间时，生产者即可用共享缓冲区。b.只有当所有的消费者需求都被满足以后，该产品所在的共享缓冲区才能被释放，并作为空闲空间允许心的生产者适用。c.每个消费者线程的各个消费需求之间存在先后顺序。d.在每个县城发出读写操作申请、开始读写操作和结束读写操作时分别显示一行提示信息。3、实验环境硬件：CPU：AMDQL64内存：2GB显卡：ATI4570硬盘：日立250G软件：Windows2000XPo开发工具：VC+6.0。4、实验内容1)实现原理a.生产者和消费者模型b.同步对象c.CreateThread的用法功能：本API创建一个在调用进程的地址空间中执行的
3、线程。格式：HANDLECreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTESIpThreadAttributes,DWORDdwStackSize,LPTHREAD_START_ROUTINEIpStartAddress,LPVolDIPParameter,DWORDdWCreationFlags,LPDWORDIpThreadId)；d.CreateMutex的用法功能：本APl产生一个命名的或者匿名的互斥量对象。格式：HANDLECreateMutex(LPSECURITY-ATTRlBuTEsipMutexAttributes,指向安全属性的指针BOOLbInitialO
4、wner,/初始化互斥对象的所有者LPCTSTRlpName/指向互斥对象名的指针)；e. CreateSemaphore的用法功能：本APl创建一个命名的或者匿名的信号量对象。格式：HANDLECreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSem叩horeAttributes,SDLoNGlInitialCount,/initialcountLONGlMaximumCount,/maximumcountLPCTSTRlpName/objectname)；f. WaitForSingleObject的用法功能：本API使程序处于等待状态，直到信号hHandle出
5、现或者超出规定的等待最长时间，信号量出现指信号量大于或等于1。格式：DWoRDWaitForSingleObject(HANDLEhHandle,DWORDdwMilliseconds)；g. InitializeCriticalSection的用法功能：该函数初始化临界区对象。格式：VOIDInitializeCriticalSection(LPCRITICAL.SECTIONIpCriticalSection)；h. ReleaseMutex的用法功能：用来打开互斥锁，即将互斥量加1,。成功调用则返回0。格式：BOOLReleaseMutex(HANDLEhMutex)；i. EnterC
6、riticalSection的用法：功能：用于等待之的呢过临界区对象的所有权。格式：VOIDEnterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTIONIpCnticalSection)；j. LeaveCriticalSection的用法功能：释放指定临界区对象的所有权。格式：VOIDLeaveCriticalSection(LPCRITICAL.SECTIONIpCriticalSection)；2)程序结构MI-I和序结构图3)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该组缓冲区。(2)在程序中用
7、一个自定义结构Threadlnfo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Threadlnfo结构的数组ThreadInfoo(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：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_SemaphoreMAXTHREAD_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emptysemaphore进行类似的同步，指示
8、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PJCritiCaIlMAX_BUFFER_NUM实现。4)实现步骤(1)打开VC,选择菜单项文件-新建，选择工程选项卡并建立一个名为R-WPl的Win32consoleApplication工程。(2)在工程中创建源文件R-WPI.ccp：选择菜单项文件-新建，选择文件选项卡并建立一个名为R-WPLCPP的C+SourceFiles文件，进行编译间接，得到R-WPLeXe程序。R.1F1IicrovoftVirualCXftMDa入XeffiIAQ)gJ)*I(G
9、lobaislAJIglobalmember*,3.ia-(S工作区，R_WPT:l-国RjVPlfHes.jSofccMiceHcderFllSReoMCeFilesK-W.pvoidConsune(voilp)QWOROtMlt.for.eMporeR.del4y;il一SeriM一_requestHu;Utn_thread_reqest(MAXTNRCNUH;serial-(Treaseril;_de】W-(0y0R)(Thre4lr)(p)-delIHTt-rER.SEC);*_requestHuR-(Threa41nf)(P).reest;Fer(inti-ziR.reqvestHu
10、nU)n_treiO.retst1-(Thread!iF)(p)-thred.reqvest(1;$10，P(LSl刊)；Fr(l-UR.reqptHuAU*)aeVdprouctn-t-serlil.n_thral_requMlt_for_sefuiphorP-VanFarSinglpObject(b_SMphor(ii_thrpd_reqiiesti)v*-1);IntBuffFrPos-FindBufferPosltlon(-tlM,d.req5ti);FntrCriticlSction(MC-Criticl(BufForPo);prlntfC*CMuwrVbpgintoconsum*V
11、dproductn.，_”rGlQoX(ThrMllnfthrAd_rpquti)1;“(HfInMgrltoqueCchrGqQSti)(BufFrr,CriticalBufFprPo%-1：printf(*ConmrV9Rjphor.1.NULl)：elsrprintF(Consimer%2dFinishconsuRingprouctVn-,_*crial.ii_thread_rc|istLeaveCriticjlSectin(fiFC-Critical(*ufFerPos);：JjnicView（3）打开工程目录下的debug,再打开test.txt,输入实验数据，并保存。Btest-记
12、本本口回国文件）编辑）格式Q）查看9帮助QP341423Ppcpc12345124R_fPJ文件G)MZ)2(X)收就)工具(D隅船Qi)“ Ia3到ri-OCAftcttaisg4SSn6Projectk-3E疝0滋件-1;s新建文件关i9X共享文档我的电麻网上W居1W.!365KB，我的电曲Debur目问区I文件和文件夹任务J创建一个和文件央将这个文件夹发布到口共享此文件夹R.lttI11tCc三nt3TJ-J9S（J后退7/加文f区区，$八。”1|2*。川01*更面建文件实*?】。讣713转到LmOtjtctMKBLmIncreAentULiztk.32SKBFSh收fflVClhruu
13、%bHIgKB5*LmI3IFrccpjldHctd.下叫5448KBrrccrrtMbUC九$06KB*60YroagD&!Dt140KB11x-n裳的X卷共享文档%的电电网上领店（4）最后在进行编译连接。并把实验结果截图保存。5、实验测试及分析:结果分析：1在每个程序中坐须先做P(mutex),后做V(mutex),二者要成对出现。夹在二者中间的代码段就是该进程的临界区。2、对同步信号量full和empty的P,V操作同样必须成对出现，但它们分别位于不同的程序中。3、无论在生产者进程中还是在消费者进程中，两个P操作的次序不能颠倒:应先执行同步信号量的P操作，然后执行互斥信号量的P操作。否则
14、可能造成进程死锁。6、实验心得体会1)在添加test.txt文件时，需在R-WPl及debug文件夹下分别储存才能实现程序正常运行。2)使用vc+6.0创建工程，应当针对程序选择相应的工程类型，例如基于MFC的:MFCAppWizard(exe),或者基于控制台的：Win32ConsoleApplication,这两种是编写普通程序时最常用。3)学会用vc+6.0编写使用系统C语言程序，基本功不扎实，程序输入不够细心。附录：源代码#includeftinclude#includettincludettincludedefineMAX_BUFFER_NUM10defineINTE_PER_SEC
15、1000defineMAX_THREAD_NUM64structThreadInfointserial;charentity;doubledelay;intthread_requestMAX_THREAD_NUM;intnrequest;)；CRITICAL_SECTIONPC_CriticalMAX_BUFFER_NUM;intBuffer_CriticalMAX_BUFFER_NUM;HANDLEh_ThreadMAX_THREAD_NUM;ThreadInfoThread_InfoMAX_THREAD_NUM;HANDLECmPty_Semaphore;HANDLEhmutex;DWOR
16、Dn_Thread=0;DWORDn_Buffer_or_Critical;HANDLEh_ScmaphoreMAX_THREAD_NUM;voidProduce(void*p);voidConsume(void*p);boolIfInOtherRequest(int);intFindProducePositon()；intFindBufferPosition(int);intmain(void)(DWORDwait_fora11;ifstrearninFile;for(inti=O;iMAX_BUFFER_NUM;i+)BufferCriticali=-1;for(intj=0;jMAX_T
17、HREAD_NUM;j+)(for(intk=0;kMAX_THREAD_NUM;k+)ThreadInfoj.threadrequestk=T;Threadlnfoj.nrequest=O;)for(i=0;in_Buffer_or_Critical;inFile,get();Printf(输入文件是:n);printf(*%dn*,(int)nBufferorCritical);while(inFile)inFileThread_Infon_Thread,serial;inFileThread_Infon_Thread.entity;inFileThread_Infon_Thread.de
18、lay;charc;inFile,get(c);while(c!三,n,&!inFile,eof()inFileThrcadInfon_Thread.threadrequestThreadInfon_Thread.nrequest+;inFile,get(c);)nThread+;)for(j=0;j(int)nThread;j+)intTempserial=ThreadInfofj.serial;charTcmpentity=ThreadInfofj.entity;doubleTcmpdelay=ThreaclInfofj.delay;printf(,nthread%2d%c%f/z,Tem
19、pserial,Tcmp_entity,Tcmpdelay);intTcmprequest=ThreadInfofj.nrequest;for(intk=0;kTomp_request;k+)printf(*%d”,ThreadInfofj.threadrequestk);coutendl;)printf(,1111zz);Cmptysemaphore=CreateSemaphore(NULL,n_Buffer_or_Critical,n_Buffer_or_Critical,z,semaphoreforcmptyz);hmutex=CreateMutex(NULL,FALSE,*mutex_
20、for_update*);for(j=0;j(int)nThread;j+)std:stringIp=scmaphorCfOr-ProdUce_”;inttemp=j;while(temp)charc=(char)(temp%10);lp+=c;temp/=10;)hScmaphorej+l=CreateSemaphore(NULL,O,nThread,lp.c_str();)for(i=0;i(int)nThread;i+)if(Threadlnfoi.entity=P)h_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Produc
21、e),&(Thread_Infoi),0,NULL);elseh_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consume),&(Thread_Infoi),0,NULL);)wait_for_all=WaitForMultipleObjects(nThread,hThread,TRUE,-1);printf(,nnALLProducerandconsumerhavefinishedtheirwork,n);printf(z,Pressanykeytoquit!n);_getch();returnO;)boolIfInOtherR
22、equest(intreq)(for(inti=0;KnThread;i+)for(intj=0;jThreadInfoi.nrequest;j+)if(Threadlnfoi.threadrequestj=req)returnTRUE;returnFALSE;)intFindProducePosition()(intEmptyPosition;for(inti=0;in_Buffer_or_Critical;i+)if(Buffer_Criticali=-1)EmptyPosition=i;BufferCriticali=-2;break;)returnEmptyPosition;)intF
23、iHdBufferPosition(intProPos)(intTempPos;for(inti=O;iserial;m_delay=(DWORD)(ThreadInfo*)(p)-delay*INTE_PER_SEC);Sleep(mdelay);printf(z,Producer%2dsendstheproducerequire,n*,mserial);wait_for_scmaphore=WaitForSingleObject(empty_semaphore,-1);wait_for_mutex=WaitForSingleObject(hmutex,-1);intProducePos=F
24、indProducePosition();ReleaseMutex(hnutex);printf(*Producer%2dbegintoproduceatposition%2d.n”,mserial,ProducePos);Buffer_CriticalProduccPos=m_serial;printf(*Producer%2dfinishproducing:n*,mserial);printf(z,position%2d:%3dn,ProducePos,BufferCriticalProducePos);RcleaseSemaphore(hSemaphoremserial,nThread,
25、NULL);)voidConsume(void*p)(DWORDwait_for_scmaphore,m_delay;intmserial,mrequestNum;intmthreadrequestMAXTHREADNUM;mserial=(ThreadInfo*)(p)-serial;m_delay=(DWORD)(ThreadInfo*)(p)-delay*INTE_PER_SEC);mrequestNum=(ThreadInfo*)(p)-n_request;for(inti=O;ithreadrequesti;Sleep(mdolay);for(i=O;ithreadrequesti=
26、T;if(!IfInOtherRequest(mthreadrequesti)BufferCriticalBufferPos=-1;printf(,Consumer%2dfinishconsuming%2d:n,jm_serial,m_thread_requesti);printfCposition%2d:%3dr,BufferPos,BufferCriticalBufferPos);Re1easeScmaphore(emptysemaphore,1,NULL);else(printf(zzConsumcr%2dfinishconsumingproduct%2dn”,m_serial,Hithreadrequesti);LeaveCriticalSection(&PC_Critica1BufferPos);)
