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1、實驗二 經典的生產者消費者問題一、目的實現(xiàn)對經典的生產者消費者問題的模擬，以便更好的理解經典進程同步問題。二、實驗內容及要求編制生產者消費者算法，模擬一個生產者、一個消費者，共享一個緩沖池的情形。1、實現(xiàn)對經典的生產者消費者問題的模擬，以便更好的理解此經典進程同步問題。生產者消費者問題是典型的PV操作問題，假設系統(tǒng)中有一個比較大的緩沖池，生產者的任務是只要緩沖池未滿就可以將生產出的產品放入其中，而消費者的任務是只要緩沖池未空就可以從緩沖池中拿走產品。緩沖池被占用時，任何進程都不能訪問。2、每一個生產者都要把自己生產的產品放入緩沖池，每個消費者從緩沖池中取走產品消費。在這種情況下，生產者消費者進

2、程同步，因為只有通過互通消息才知道是否能存入產品或者取走產品。他們之間也存在互斥，即生產者消費者必須互斥訪問緩沖池，即不能有兩個以上的進程同時進行。三、生產者和消費者原理分析在同一個進程地址空間內執(zhí)行兩個線程。生產者線程生產物品，然后將物品放置在一個空緩沖區(qū)中供消費者線程消費。消費者線程從緩沖區(qū)中獲得物品，然后釋放緩沖區(qū)。當生產者線程生產物品時，如果沒有空緩沖區(qū)可用，那么生產者線程必須等待消費者線程釋放一個空緩沖區(qū)。當消費者線程消費物品時，如果沒有滿的緩沖區(qū)，那么消費者線程將被阻擋，直到新的物品被生產出來。四、生產者與消費者功能描述：生產者功能描述：在同一個進程地址空間內執(zhí)行兩個線程。生產者線

3、程生產物品，然后將物品放置在一個空緩沖區(qū)中供消費者線程消費。當生產者線程生產物品時，如果沒有空緩沖區(qū)可用，那么生產者線程必須等待消費者線程釋放出一個空緩沖區(qū)。消費者功能描述：消費者線程從緩沖區(qū)獲得物品，然后釋放緩沖區(qū)，當消費者線程消費物品時，如果沒有滿的緩沖區(qū)，那么消費者線程將被阻塞，直到新的物品被生產出來。五、實驗環(huán)境操作系統(tǒng)環(huán)境：Windows系統(tǒng)。編程語言：C#。六、生產者與消費者的思路和設計1、程序流程圖(1) 生產者 NYYN開 始生產產品Wait (empty)empty0Wait (mutex)Mutex=1存入緩沖區(qū)empty = empty- 1Signal (mutex)S

4、ignal (full)緩沖區(qū)內已滿，已無可用緩沖區(qū)緩沖區(qū)正被其他進程占用結 束(2) 消費者NYYN開 始Wait (full) 消費請求full0Wait (mutex)Mutex=1消 費full = full - 1Signal (mutex)Signal (empty)緩沖區(qū)內產品已空，不能進行消費緩沖區(qū)正被其他進程占用結 束2、主要程序代碼/初始化變量 private void Form1_Load(object sender, EventArgs e) mutex = 1; /互斥信號量 full = 0; /緩沖池中滿緩沖區(qū)的數(shù)量 empty = 5;/緩沖池中空緩沖區(qū)的數(shù)量

5、count1 = 0;/生產的產品數(shù)目 i = 0; lb_mutex.Text = 1; lb_full.Text = 0; lb_empty.Text = 5; /消費者從緩沖區(qū)中消費一個產品 private void consumer_Click(object sender, EventArgs e) if (full 0) /消費者已進入互斥臨界區(qū) if (mutex = 1) /申請進入臨界區(qū) mutex = 0; /消費者已進入互斥臨界區(qū) lb_mutex.Text = 0; timer_consumer.Enabled = true;/啟動消費者消費緩沖區(qū)產品 else Mess

6、ageBox.Show(緩沖區(qū)被占用，請等待。, 信息提MessageBoxButtons.OK); else MessageBox.Show(緩沖區(qū)為空，不能消費!, 信息提示, MessageBoxButtons.OK); /生產者向緩沖區(qū)中存入一個產品 private void producer_Click(object sender, EventArgs e) count1 = count1 + 1; /生產一個產品 if (empty 0) /有緩沖區(qū)可放產品 if (mutex = 1) /申請進入臨界區(qū) mutex = 0; /生產者已進入臨界區(qū) lb_mutex.Text =

7、0;timer1.Start(); /啟動生產者將產品放入緩沖區(qū) else /不能進入臨界區(qū) count1 = count1 - 1; MessageBox.Show(緩沖區(qū)被占用，請等待。, 信息提示, MessageBoxButtons.OK); else MessageBox.Show(緩沖區(qū)已滿!, 信息提示, MessageBoxButtons.OK); /無緩沖區(qū)可放產品 count1 = count1 - 1; /生產者 private void timer1_Tick_1(object sender, EventArgs e) if (bool1) switch (count1

8、) case 1: pictureBox1.Visible = true; break; case 2: pictureBox2.Visible = true; break; case 3: pictureBox3.Visible = true; break; case 4: pictureBox4.Visible = true; break; case 5: pictureBox5.Visible = true; break; lb_show.Text = 生產者進程占用緩沖區(qū)，請等待。; bool1 = false; else switch (count1) case 1: picture

9、Box1.Visible = false; break; case 2: pictureBox2.Visible = false; break; case 3: pictureBox3.Visible = false; break; case 4: pictureBox4.Visible = false; break; case 5: pictureBox5.Visible = false; break; lb_show.Text = 生產者進程占用緩沖區(qū)，請等待。; bool1 = true; i = i + 1; if (i = 5) /循環(huán)緩沖區(qū)，首尾相接 i = 0; timer1.E

10、nabled = false; mutex = 1; lb_mutex.Text = 1; switch (count1) case 1: pictureBox1.Visible = true; break; case 2: pictureBox2.Visible = true; break; case 3: pictureBox3.Visible = true; break; case 4: pictureBox4.Visible = true; break; case 5: pictureBox5.Visible = true; break; full = full + 1; lb_ful

11、l.Text = full.ToString(); empty = empty - 1; lb_empty.Text = empty.ToString(); lb_show.Text = 生產結束!; /消費者 private void timer_consumer_Tick(object sender, EventArgs e) if(bool1) switch(count1) case 1: pictureBox1.Visible = true; break; case 2: pictureBox2.Visible = true; break; case 3: pictureBox3.Vi

12、sible = true; break; case 4: pictureBox4.Visible = true; break; case 5: pictureBox5.Visible = true; break; lb_show.Text = 消費者進程占用緩沖區(qū)，請等待。; bool1 =false; else switch(count1) case 1: pictureBox1.Visible = false; break; case 2: pictureBox2.Visible = false; break; case 3: pictureBox3.Visible = false; br

13、eak; case 4: pictureBox4.Visible = false; break; case 5: pictureBox5.Visible = false; break; lb_show.Text= 消費者進程占用緩沖區(qū)，請等待。; bool1= true; i = i + 1;if(i=5) i = 0; timer_consumer.Enabled = false; mutex = 1;lb_mutex.Text= 1; switch(count1) case 1: pictureBox1.Visible = false; break; case 2: pictureBox2

14、.Visible = false; break; case 3: pictureBox3.Visible = false; break; case 4: pictureBox4.Visible = false; break; case 5: 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=消費結束！; 3、運行界面和

15、運行結果一般情況下，點一次生產者按紐，mutex由1變?yōu)?，緩沖區(qū)呈現(xiàn)閃爍狀態(tài)（表示正在存儲），此時不可以再進行緩沖區(qū)操作，否則將顯示“生產者進程正在占用緩沖區(qū)，請等待”。閃爍約1.5秒后，mutex由0變?yōu)?，閃爍停止，表示存儲過程結束；點一次消費者按紐，mutex由1變?yōu)?，緩沖區(qū)呈現(xiàn)閃爍狀態(tài)（表示正在消費），此時不可以再進行緩沖區(qū)操作，否則將顯示“消費者進程正在占用緩沖區(qū)，請等待”。閃爍約1.5秒后，mutex由0變?yōu)?，閃爍停止，表示消費過程結束。緩沖池滿后，若再點生產者按紐，會給出信息提示：“緩沖區(qū)已滿!”。緩沖池空后，若再點消費者按紐，也會給出信息提示：“緩沖區(qū)為空，不能消費!”。

16、在存儲狀態(tài)或消費狀態(tài)（閃爍狀態(tài)），無論是點生產者按紐還是消費者按紐都會給出“緩沖區(qū)被占用，請等待?！毙畔⑻崾?。七、心得體會本次實驗是關于生產者與消費者之間互斥和同步的問題。問題的是指是P、V操作，實驗設一個共享緩沖區(qū)，生產者和消費者互斥的使用，當一個線程使用緩沖區(qū)的時候，另一個讓其等待直到前一個線程釋放緩沖區(qū)為止。生產者與消費者是一個與現(xiàn)實有關的經驗問題，通過此原理舉一反三可以解決其他類似的問題。通過本實驗設計，我們對操作系統(tǒng)的P、V進一步的認識，深入的了解P、V操作的實質和其重要性。課本的理論知識進一步闡述了現(xiàn)實中的實際問題。實驗中，我們小組分工合作，共同學習，雖然在實驗中遇到了一些問題，但在老師和同學的細心指導和熱心幫助下解決了。同時，了解到團隊精神的重要性，也為以后的學習和工作打下了堅實的基礎，同時積累了寶貴的經驗。8