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生产者消费者问题实验报告

操作系统课程设计实验报告

实验名称:生产者消费者问题

姓名/学号:

一、实验目的

以生产者和消费者问题为例,学习Linux和Windows下进程通信、同步机制的具体实现方法,主要是信号量和共享内存。熟悉相关系统API的用法。

二、实验内容

使用共享内存和信号量机制来实现多个生产者/消费者进程间的通信和同步。要求在Linux和Windows下分别实现。

缓冲区大小为3,初始为空。2个生产者,随机等待一段时间,往缓冲区添加数据,重复6次。3个消费者,重复4次。

三、实验环境

Ubuntu 10.10 , GCC; Windows 7, VC 6.0;

四、程序设计与实现

1. Linux下:

(1) 数据结构:

a. 共享内存定义为一个结构,使得其数据成员更清晰且操作变得简单。

b. 共享缓冲区采用循环队列的数据结构,由上面的结构

struct buf { int start; int end; int info[BUF_NUM]; }

维护。其中start为队头指针,end为队尾指针,info为数据区域。

(2) 算法:

大致由三个模块组成:

a.主程序(main):

i.创建信号量、共享内存并进行初始化

ii.创建生产者、消费者进程,生产者执行pro_fun(),消费者执行con_fun()

iii.等待所有子进程的结束

iv.删除信号量、共享内存

b.生产者进程(pro_fun):

i.通过key获得信号量、共享内存的ID,将内存添加到自己的地址空间

ii.P(empty),P(mutex),Add(data),V(mutex),V(full)

iii.解除和共享内存的关联

c.消费者进程(con_fun):

i.通过key获得信号量、共享内存的ID,将内存添加到自己的地址空间

ii.P(full),P(mutex),Add(data),V(mutex),V(empty)

iii.解除和共享内存的关联

d.循环队列部分:

加入数据:info[end] = value; end = (end + 1) % 3;

取出数据:temp = info[start]; info[start] = 0; (start = start + 1)%3; return temp;

(3) 程序流程图:

a. 主函数:

生产者消费者问题实验报告

b. 生产者进程:

生产者消费者问题实验报告

c. 消费者进程和生产者类似

4. Windows 下:

(1) 数据结构:

和Linux大致相同

(2) 算法:

a. 创建的子进程调用正在执行的文件本身,通过main函数的参数区分主进程和生

产者、消费者进程。

b. 主进程、消费者、生产者进程的流程和Linux类似,只是系统调用的函数不同。

五、实验结果和分析

1. Linux :

显示内容的格式为:时间--生产(消费)者进程ID加入(取走)一数据--缓冲区状态

生产者消费者问题实验报告

如图,由缓冲区状态可知,生产者消费者进程实现了互斥访问共享缓冲区,且在缓冲区为空时,消费者等待,缓冲区满时,生产者等待。由于题目设定生产12次消费12次,故最后缓冲区为空。

2. Windows:

显示内容格式为:时间-- I add(get) a data -- 缓冲区状态。共享内存为0时表示无数据,为1时表示有数据。

生产者消费者问题实验报告

如图,达到了预期目标。

五、讨论、心得

1.共享内存定义为结构会简化操作。

2.主进程应等待子进程结束后再销毁信号量及共享内存,不然会出现错误。

3.Windows下的没有特定的P操作函数,而是由WaitForSingleObject()来实现。

4.主进程不应传给子进程任何同步对象的信息,而不同的子进程得到相同的信号量是由

key(Linux)及name(Windows)来实现的。

5.创建子进程有两种方式,一种是调用另外的可执行文件,一种是只有主进程一个可执行

文件,在第二种方式中只要主进程不传给子进程任何信息,两种方式本质上是相同的。

6.Windows下打开句柄一定不要忘记释放。