生產(chǎn)者消費者課程設(shè)計實驗報告11頁

1、操作系統(tǒng)課程設(shè)計實驗報告實驗名稱： 生產(chǎn)者消費者問題 姓名/學號： 一、實驗目的1.學習和掌握操作系統(tǒng)中進程之間的通信；2.理解和掌握使用信號量機制來實現(xiàn)進程之間的同步和互斥；3.學習使用創(chuàng)建共享內(nèi)存區(qū)，并利用共享內(nèi)存區(qū)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。二、實驗內(nèi)容 一個大小為3的緩沖區(qū)，初始為空 2個生產(chǎn)者 隨機等待一段時間，往緩沖區(qū)添加數(shù)據(jù)， 若緩沖區(qū)已滿，等待消費者取走數(shù)據(jù)后再添加 重復6次 3個消費者 隨機等待一段時間，從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù) 若緩沖區(qū)為空，等待生產(chǎn)者添加數(shù)據(jù)后再讀取 重復4次說明：顯示每次添加和讀取數(shù)據(jù)的時間及緩沖區(qū)的狀態(tài)生產(chǎn)者和消費者用進程模擬，緩沖區(qū)用共享內(nèi)存來實現(xiàn)三、實驗環(huán)境CPU:

2、Inter 2 2.10GHzRAM: 3.00GBWindows 7 旗艦版四、程序設(shè)計與實現(xiàn)4.1程序中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及主要符號說明HANDLE SEM_FULL; /記錄已使用的緩沖區(qū)數(shù)目的信號量HANDLE SEM_EMPTY;/記錄空的緩沖區(qū)數(shù)目的信號量HANDLE SEM_MUTEX;/確保生產(chǎn)者和消費者互斥訪問緩沖區(qū)的信號量int CreateShareMemory(); /建立共享內(nèi)存，即緩沖區(qū)/創(chuàng)建一個克隆的進程，返回進程和線程信息PROCESS_INFORMATION StartClone(int nCloneID); void Producer(int nClone);

3、/生產(chǎn)者void Consumer(int nClone); /消費者五、實驗結(jié)果和分析由上圖可以看到生產(chǎn)者和消費者的添加或讀取數(shù)據(jù)的時間，并且能看到添加或讀取后緩沖區(qū)的狀態(tài)。狀態(tài)圖中1代表已經(jīng)被使用，0代表未被使用。五、源程序代碼#include#include#include#includeusing namespace std;#define BUF_SIZE 256HANDLE hMapFile =NULL; /內(nèi)存映射文件對象的句柄HANDLE CurrentProcess; /當前進程的句柄int *pBuf,*input,*output =NULL; /共享內(nèi)存的指針HANDLE

4、 SEM_FULL; /記錄已使用的緩沖區(qū)數(shù)目的信號量HANDLE SEM_EMPTY; /記錄空的緩沖區(qū)數(shù)目的信號量HANDLE SEM_MUTEX; /確保生產(chǎn)者和消費者互斥訪問緩沖區(qū)的信號量int CreateShareMemory(); /建立共享內(nèi)存，即緩沖區(qū)PROCESS_INFORMATION StartClone(int nCloneID); /創(chuàng)建一個克隆的進程，返回進程和線程信息void Producer(int nClone); /生產(chǎn)者void Consumer(int nClone); /消費者int main(int argc, char* argv)int i,n

5、Clone=0;/PROCESS_INFORMATION hp5; HANDLE np5; /保存5個進程的句柄/從第二個參數(shù)中提取克隆IDif(argc 1)sscanf(argv1,%d,&nClone);if( nClone = 0) /ID=0是主進程,執(zhí)行以下代碼/創(chuàng)建信號量SEM_FULL = CreateSemaphore(NULL, /信號量的安全屬性,NULL即使用默認安全屬性0, /初始化的信號量3, /許信號量增加到最大值FULL); /信號量的名稱SEM_EMPTY = CreateSemaphore(NULL,3,3,EMPTY);SEM_MUTEX = Create

6、Semaphore(NULL,1,1,MUTEX);if( CreateShareMemory()= -1 ) /創(chuàng)建共享內(nèi)存return 0;/創(chuàng)建5個進程，先創(chuàng)建兩個生產(chǎn)者，再創(chuàng)建兩個消費者for(i=0;i5;i+) npi = StartClone(+nClone).hProcess;/等待子進程結(jié)束WaitForMultipleObjects(5,np,true,INFINITE);/for(i=0;i5;i+)/WaitForSingleObject(hpi.hProcess,INFINITE);/運行結(jié)束后關(guān)閉子進程的句柄for (i=0;i0 & nClone2 & nClon

7、e6) /nClone=3、4或5的代表消費者Consumer(nClone);return 0;/建立共享內(nèi)存，即緩沖區(qū)int CreateShareMemory()CurrentProcess = GetCurrentProcess();hMapFile = CreateFileMapping(INVALID_HANDLE_VALUE, /使用分頁文件,創(chuàng)建一個使用來自頁文件而非指定磁盤文件存儲器的文件映射對象NULL, /使用默認安全屬性PAGE_READWRITE, /允許讀寫操作0, /在DWORD的高位中存放大小 BUF_SIZE, /在DWORD的低位中存放大小buffer);

8、/緩沖區(qū)的名字if (hMapFile = NULL) printf(無法創(chuàng)建內(nèi)存映射文件對象(File Mapping Object)n);return -1;pBuf = (int*)MapViewOfFile(hMapFile, /內(nèi)存映射文件對象的句柄FILE_MAP_ALL_ACCESS, /允許讀寫操作0, 0, BUF_SIZE); if (pBuf = NULL) printf(無法映射文件視圖n);CloseHandle(hMapFile);return -1;elseZeroMemory(pBuf,BUF_SIZE); /內(nèi)存清零input = pBuf;return 1;

9、/創(chuàng)建一個克隆的進程，返回進程和線程信息PROCESS_INFORMATION StartClone(int nCloneID)/獲得用于當前可執(zhí)行文件的文件名TCHAR szFilenameMAX_PATH;GetModuleFileName(NULL,szFilename,MAX_PATH);/創(chuàng)建子進程命令行的格式化，獲得應用程序的EXE文件名/和克隆進程的ID值TCHAR szCmdLineMAX_PATH;sprintf(szCmdLine,%s %d,szFilename,nCloneID);STARTUPINFO si;/用于子進程的STARTUPINFO結(jié)構(gòu)ZeroMemory

10、(reinterpret_cast(&si),sizeof(si);/reinterpret_cast是C+里的強制類型轉(zhuǎn)換符，只修改了/操作數(shù)的類型，但僅是重新解釋了給出的對象的比特模型/而沒有進行二進制轉(zhuǎn)換si.cb = sizeof(si);PROCESS_INFORMATION pi; /說明一個用于記錄子進程的相關(guān)信息的結(jié)構(gòu)變量/利用同樣的可執(zhí)行文件和命令行創(chuàng)建進程BOOL bCreateOK = CreateProcess(szFilename, /可執(zhí)行的應用程序的名稱szCmdLine, /指定創(chuàng)建一個子進程的符號標識NULL, /缺省了進程安全性NULL, /缺省了線程安全性

11、FALSE, /不繼承打開文件的句柄NULL, /不使用新的控制臺NULL, /新的環(huán)境NULL, /當前目錄&si, /啟動信息&pi); /返回進程和線程的信息return pi;/生產(chǎn)者void Producer(int nClone)int i,j,time; /等待的時間for(i=0; i6; i+)/打開信號量SEM_FULL=OpenSemaphore(SEMAPHORE_ALL_ACCESS, /安全屬性，NULL,/不繼承FULL);/打開的信號量名稱SEM_EMPTY=OpenSemaphore(SEMAPHORE_ALL_ACCESS,NULL,EMPTY);SEM_M

12、UTEX=OpenSemaphore(SEMAPHORE_ALL_ACCESS,NULL,MUTEX);hMapFile = OpenFileMapping(FILE_MAP_WRITE,/安全屬性FALSE,/不繼承buffer);/緩沖區(qū)的名稱pBuf = (int*)MapViewOfFile(hMapFile,FILE_MAP_WRITE,0,0,BUF_SIZE);input = pBuf;/等待信號量，相對于P(SEM_MUTEX),P(SEM_EMPTY)WaitForSingleObject(SEM_EMPTY,INFINITE);WaitForSingleObject(SEM

13、_MUTEX,INFINITE);/向緩沖區(qū)添加產(chǎn)品,將0置為1while(*input=1)input+;*input=1;/獲得系統(tǒng)時間SYSTEMTIME curtime;GetSystemTime(&curtime);printf(生產(chǎn)者%d往緩沖區(qū)中添加數(shù)據(jù)，添加時間為：%02d:%02d:%02d:%03dn,nClone,curtime.wHour+8,curtime.wMinute,curtime.wSecond,curtime.wMilliseconds);printf(此時，緩沖區(qū)的狀態(tài)為:n);printf(n);printf(%2d%2d%2dn,*(pBuf),*(p

14、Buf+1),*(pBuf+2);printf(n);/釋放信號量,相當于V(SEM_MUTEX),V(SEM_FULL)ReleaseSemaphore(SEM_MUTEX,1,NULL);ReleaseSemaphore(SEM_FULL,1,NULL);/關(guān)閉句柄CloseHandle(SEM_MUTEX);CloseHandle(SEM_EMPTY);CloseHandle(SEM_FULL);CloseHandle(hMapFile);/隨機等待一段時間time = rand()%1000*5;Sleep(time);/取消文件映射UnmapViewOfFile(pBuf);retu

15、rn;/消費者void Consumer(int nClone)int i,time; /等待的時間for(i=0; i4; i+)/打開信號量SEM_FULL=OpenSemaphore(SEMAPHORE_ALL_ACCESS, /安全屬性，NULL,/不繼承FULL);/打開的信號量名稱SEM_EMPTY=OpenSemaphore(SEMAPHORE_ALL_ACCESS,NULL,EMPTY);SEM_MUTEX=OpenSemaphore(SEMAPHORE_ALL_ACCESS,NULL,MUTEX);hMapFile = OpenFileMapping(FILE_MAP_WRI

16、TE,/安全屬性FALSE,/不繼承buffer);/緩沖區(qū)的名稱pBuf = (int*)MapViewOfFile(hMapFile,FILE_MAP_WRITE,0,0,BUF_SIZE);output = pBuf;/等待信號量，相對于P(SEM_MUTEX),P(SEM_EMPTY)WaitForSingleObject(SEM_FULL,INFINITE);WaitForSingleObject(SEM_MUTEX,INFINITE);/在緩沖區(qū)中取出產(chǎn)品,將1置為0while(*output=0)output+;*output=0;/獲得系統(tǒng)時間SYSTEMTIME curtime;GetSystemTime(&curtime);printf(消費者%d往緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)，讀取時間為：%02d:%02d:%02d:%03dn,nClone-2,curtime.wHour+8,curtime.wMinute,curtime.wSecond,curtime.wMilliseconds);printf(此時，緩沖區(qū)的狀態(tài)為:n);printf(n);printf(%2d%2d%2dn,*(pBuf),*(pBuf+1),*(pBuf+2);printf(n);/釋放信號量,相當于V(