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操作系统实验三 生产者——消费者问题

操作系统实验三：生产者——消费者问题

一、基本信息

xxx 711103xx 2012年4月29日

二、实验目的

通过实验，掌握Windows和Linux环境下互斥锁和信号量的实现方法，加深对临界区问题和进程同步机制的理解，同时巩固利用Windows API和Pthread API进行多线程编程的方法。

三、实验内容

1. 在Windows操作系统上，利用Win32 API提供的信号量机制，编写应用程序实现生产者——消费者问题。

2. 在Linux操作系统上，利用Pthread API提供的信号量机制，编写应用程序实现生产者——消费者问题。

3. 两种环境下，生产者和消费者均作为独立线程，并通过empty、full、mutex三个信号量实现对缓冲进行插入与删除。

4. 通过打印缓冲区中的内容至屏幕，来验证应用程序的正确性。

四、实验步骤

1.创建3个信号量：Mutex、Full、Empty

2.主程序创建10个生产者线程和10个消费者线程，之后休眠一段时间

3.生产者线程中，休息一段2s后，生产一个0~10的随机数放入缓冲区里。利用信号量Mutex产生对缓冲区使用的互斥功能，利用Empty和Full信号量来对缓冲区进行增加项

4.消费者线程中，休息4s时间后，消费一个缓冲区的数据。利用信号量Mutex产生对缓冲区使用的互斥功能，利用Empty和Full信号量来对缓冲区进行增加项

5.主程序执行一段时间后，结束整个程序

五、主要数据结构及其说明

产品数量最大值

const int MAX_SIZE = 10;

缓冲区：

int buffer[BUFFER_SIZE];

int front; int rear; bool full;

三个互斥信号量：

HANDLE Mutex; HANDLE Full; HANDLE Empty;

有关操作：

用WaitForSingleSignal函数可以获得一个Mutex的所有权，类似于P操作，而ReleaseMutex函数可以释放一个Mutex的所有权，类似于V操作。

用EnterCriticalSection函数可以进入一个CriticalSection，类似于P操作，而LeaveCricalSection函数离开一个CricalSection，类似于V操作。

(linux )

六、程序运行时的初值和运行结果

Windows：

结果：

Linux:

Linux下与windows结果一致。两个不同环境下的程序运行效果是相同的。

七、实验体会

本次实验是关于生产者与消费者之间互斥和同步的问题。问题的实质是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。

通过实验，我深入地了解PV操作的实质和其重要性。进一步学习了 Windows 和Linux 环境下互斥锁和信号量的实现方法，加深了对临界区问题和进程同步机制的理解，同时巩固利用Windows API 和PthreadAPI 进行多线程编程的方法。另外，linux和windows的API之间几乎是一一对应的关系，差别不大。

八、源程序并附上注释

Windows:

Linux:

Linux:

main.cpp

#include "buffer.h"

#include

#include

#include

#include

#include

using namespace std;

/* the buffer */

buffer_item buffer[BUFFER_SIZE];

int front;

int rear;

bool full;

/* the semaphores*/

pthread_mutex_t Mutex;

sem_t Full;

sem_t Empty;

/* the output file */

ofstream fout;

void showBuffer(){

cout << "\nBuffer: ";

fout << "\nBuffer: ";

if(front!=rear||full){

int i = front;

do{

cout << buffer[i] << ' ';

fout << buffer[i] << ' ';

i=(i+1)%BUFFER_SIZE;

}while(i!=rear);

} els