C语言编程模拟生产者和消费者问题.docx

实验三编程模拟生产者和消费者问题一、实验目的和要求模拟实现用同步机构避免发生进程执行时可能出现的与时间有关的错误进程是程序在一个数据集合上运行的过程，进程是并发执行的，也即系统中的多个进程轮流地占用处理器运行我们把若干个进程都能进行访问和修改的那些变量称为公共变量由于进程是并发地执行的，所以，如果对进程访问公共变量不加限制，那么就会产生“与时间有关”的错误，即进程执行后所得到的结果与访问公共变量的时间有关为了防止这类错误，系统必须要用同步机构来控制进程对公共变量的访问一般说，同步机构是由若干条原语一一同步原语一一所组成本实习要求学生模拟PV操作同步机构的实现，模拟进程的并发执行，了解进程并发执行时同步机构的作用二、实验环境Windows操作系统和Visual C++专业版或企业版三、实验步骤模拟PV操作同步机构，且用PV操作解决生产者一一消费者问题［提示］:(1) PV操作同步机构，由P操作原语和V操作原语组成，它们的定义如下：P操作原语P (s)将信号量s减去1,若结果小于0,则执行原语的进程被置成等待信号量s的状态V操作原语V (s)将信号量s加1,若结果不大于0,则释放一个等待信号量s的进程。

这两条原语是如下的两个过程：procedure p (var s: semaphore);begin s: = s-1;if s<0 then W (s)end {p}procedure v (var s: semaphore);egin s: = s+1;if s 0 then R (s)end {v}其中W (s)表示将调用过程的进程置为等待信号量s的状态；R (s)表示释放一个等待信号量s的进程在系统初始化时应把semaphore定义为某个类型，为简单起见，在模拟实习中可把上述的semaphore直接改成integer(2) 生产者消费者问题假定有一个生产者和一个消费者，生产者每次生产一件产品，并把生产的产品存入共享缓冲器以供消费者取走使用消费者每次从缓冲器内取出一件产品去消费禁止生产者将产品放入已满的缓冲器内，禁止消费者从空缓冲器内以产品假定缓冲器内可同时存放10件产品那么，用PV操作来实现生产者和消费者之间的同步，生产者和消费者两个进程的程序如下：B: array [0..9] of products;s1, s2; semaphore;s1: =10, s2: =0;IN, out: integer;IN: =0; out: =0;cobeginprocedure producer;c: products;beginL1:Produce (c);P (s1);B[IN]: =C;IN: =(IN+1)mod 10;V (s2);goto L1end;procedure consumer;x: products;beginL2:p (s2); x: =B[out];out: =(out+1) modlO;v (s1);con sume (x);goto L2end;coe nd.其中的semaphore和products是预先定义的两个类型，在模拟实现中semaphore用 integer代替，products可用 integer或 char 等代替。

3) 进程控制块PCB为了记录进程执行时的情况，以及进程让出处理器后的状态，断点等信息，每个进程都有一个进程控制块PCB在模拟实习中，假设进程控制块的结构如图3-1其中进程的状态有：运行态、就绪态、等待态和完成态当进程处于等待态时，在进程控制块PCB中要说明进程等待原因(在模拟实习中进程等待原因是为等待信号量s1或s2);当进程处于等待态或就绪态时，PCB中保留了断点信息，一旦进程再度占有处理器则就从断点位置继续运行；当进程处于完成状态，表示进程执行结束程名|状态等待原因|断点图3-1进程控制块结构(4) 处理器的模拟计算机硬件提供了一组机器指令，处理器的主要职责是解释执行机器指令为了模拟生产者和消费者进程的并发执行，我们必须模拟一组指令和处理职能模拟的一组指令见图3-2，其中每条指令的功能由一个过程来实现用变量PC来模拟“指令计数器”，假设模拟的指令长度为1,每执行一条模拟指令后，PC加1,提出下一条指令地址使用模拟的指令，可把生产者和消费者进程的程序表示为图3-3的形式定义两个一维数组PA[0..4和 SA[0..4】每一个PA[i存放生产者程序中的一条模拟指令执行的入地址;每个SA[i存放消费者程序中的一条模拟指令执行的入地址。

于是模拟处理器执行一条指令的过程为：取出PC之值，按PA[PC]或SA[PC]得模拟指令执行的入地址，将PC之值加1，转向由入地址确定的相应的过程执行模拟的指令p (s)执行P操作原语v (s)r执行v操作原语putB[IN]: =product; IN: = (IN+1) mod 10GETx: =B[out]; out: =(out+1) mod 10produce输入一个字符放入C中con sume打印或显示x中的字符GOTO LPC: =LNOP空操作图3-2模拟的处理器指令序号生产者程序消费者程序0producep §)1p (s)GET2PUTv (，3v("con sume4goto 0goto 0图3-3生产者和消费者程序(5) 程序设计本实习中的程序由三部分组成：初始化程序、处理器调度程序、模拟处理器指令执行程序各部分程序的功能及相互间的关系由图3-4至图3-7指出怕代苗号童打4特拧虑整畀生严tidSp Per- a图3-4初始化流程桶进啊FUB的血曲扶博理柞为厅进柑为运衍谄图3-5模拟处理器调度初始化程序：模拟实习的程序从初始化程序入启动，初始化工作包括对信号量si、s2赋初值，对生产者、消费者进程的PCB初始化。

初始化后转向处理调度程序，其流程如图3-4处理器调度程序：在计算机系统中，进程并发执行时，任一进程占用处理器执行完一条指令后就有可能被打断而让出处理器由其它进程运行故在模拟系统中也类似处理，每当执行一条模拟的指令后，保护当前进程的现场，让它成为非运行态，由处理器调度程序按随机数再选择一个就绪进程占用处理器运行处理器调度程序流程见图3-5疗 ET produc ］町 H；0*0t：［运打怕图3-6模拟处理器指令执行聃调用I将-个邻待伯皆且遵(b)模拟 V (s)图3-7模拟PV操作的执行模拟处理器指令执行程序：按“指令计数器”pc加1指将调用PJ另外，为楼J程氏为廊持信号 g的结束”的条件捌态，模拟时可以采用人工选择的方法实现图和V (s)模拟指令执行过程的流程其它模拟指令的执行过程已在图(a)模 拟 P (s)PC之值执行指定的指令，「il程模拟处理器指令执行程序的流程图见图3-6和图3-7有一个结束条件，在图 3-6中附加了 “生产者运行3-7 给出了 P (s)3-2中指出附录：代码#include<>#include<>#include<>#include<>#define NULL 0struct spctSchar name; char state; char why; int dd ;};typedef struct spcb pcb;pcb producter,consumer,*process,*process1; int s1,s2,i,j,in,out,pc,m;char array[10]; char c,x; int pa[6],sa[6];int p(int s)操伟原语 */ {s=s-1; if(s<0)process->state='B'; / 表B示阻塞 */ process->why='s';} else {process->state='W'; /* 表示就绪 */} return(s);}int v(int s)操作原语 */{s=s+1; if(s<=0) process1->state='W';} process->state='W'; return(s);char RanChar(){char arr[10] = {'a','b','c','d','e','f','g','h','i','j/}; return arr[abs(rand()%10)];}void put(){// printf("\n please product anychar!");// scanf("\n%c",&c);Sleep(10);array[in]=RanChar(); in=(in+1)%10;printf(" product a char is %c!\n ",array[in-1]); int k = 0;for(m=0;m<10;m++){if (array[m]!=' ') { printf("%c",array[m]); k = k+1;}}printf缓冲池中有％d个产品\n",k);}void get()(Sleep(10);x=array[out]; printf("\n%c get a char fron buffer”,x); printf("\n");array[out]=/ '; out=(out+1)%10;int k = 0; for(m=0;m<10;m++)if (array[m]!=/ ') ( printf("%c”,array[m]); k = k+1;printf "缓冲池中有％d个产品\n”,k ;void gotol()(pc=0;)void nop(){;}void disp()建*立进程显示函数，用于显示当前进程*/ {printf("\n name \t state \t why \t dd \n"); printf("|%c\t”,process->name);printf("|%c\t”,process->state); printf("|%c\t”,process->why); printf("|%d\t”,process->dd);printf("\n");)void init(初/ 始化程序 */{s1=10;/*s1表示空缓冲区的数量*/s2=0; /*s2表示满缓冲区的数量*/='p';/对生产者进程初始化*/=/W';=l一 J=0;=/c';/对消费者进程初始化*/=/W';=|一 J=0;for(int k=0;k<10;k++){array[k]='';))void bornpa()将生产者程序装入pa[]中*/for(i=0;i<=3;i++。