操作系统生产者消费者问题实验报告

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、Empty2. 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。

《操作系统》实验报告生产者和消费者的问题一、实验目的1.掌握基本的同步与互斥的算法，理解基本的生产者与消费者的模型。

2.学习使用Windows 2000/XP中基本的同步对象，掌握相关的API的使用方法。

3.了解Windows 2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。

二、实验的内容及其要求1.实验内容以生产者/消费者模型为根据，在Windows 2000环境下创建一个控制台进程，在改进程中创建n个线程模拟生产者和消费者，实现进程（线程）的同步与互斥。

2．实验要求①学习并理解生产者/消费者模型及其同步/互斥规则②学习了解Windows同步对象及其特性③熟悉实验环境，掌握相关API的使用方法④设计程序，实现生产者/消费者进程（线程）的同步与互斥⑤提交实验报告三、实验的时间安排1．实验前，先到图书馆或上网百度了解有关生产者/消费者模型的相关知识，建立生产者/消费者模型的基本概念。

2．利用13周、15周、17周的上机时间编写和调试程序代码。

3．利用其他课余时间来分析实验的最终结果并完成相关的实验报告。

四、实验的环境1.硬件条件：普通计算机一台2.软件条件：①操作系统：Windows 2000/XP②开发语言：VC++本实验是在Windows 2000+VC6.0环境下实现的，利用Windows SDK提供的系统接口（API）完成程序的功能。

实验在Windows 下安装VC后进行，因为VC是一个集成开发环境，其中包含了Windows SDK所有工具和定义，所以安装了VC后就不用特意安装SDK了。

实验中所用的API（应用程序接口），是操作系统提供的用来进行应用程序设计的系统功能接口。

要使用这些API，需要包含对这些函数进行说明的SDK头文件，最常见的就是windows.h。

一些特殊的API调用还需要包含其他的头文件。

五、正文1．程序结构图：2.数据结构：（1）用一个整型数组Buffer_Critical来代表缓冲区。

操作系统课程设计一．实验目标完成N个生产者和M个消费者线程之间的并发控制，N、M不低于30，数据发送和接收缓冲区尺寸不小于20个（每个产品占据一个）。

其中生产者线程1、3、5、7、9生产的产品供所有奇数编号的消费者线程消费，只有所有奇数编号的消费者线程都消费后，该产品才能从缓冲区中撤销。

其中生产者线程2、4、6、8、10生产的产品所有偶数编号的消费者线程都可消费，任一偶数编号消费者线程消费该消息后，该产品都可从缓冲区中撤销。

其中11-20号生产者线程生产的产品仅供对应编号的消费者线程消费。

其他编号生产者线程生产的产品可由任意的消费者线程消费。

每个生产线程生产30个消息后结束运行。

如果一个消费者线程没有对应的生产者线程在运行后，也结束运行。

所有生产者都停止生产后，如果消费者线程已经没有可供消费的产品，则也退出运行。

二．实验原理2.1原理生产者与消费者线程采用posix互斥锁机制进行互斥进入各自的代码段，只有采用互斥锁临界区代码段才可以不被打扰的执行；同步机制采用的是posix条件变量pthread_cond_wait和pthraed_cond_signal进行同步的。

线程间的通信采用的是共享内存机制。

（注：所有的共享内存块是在进程里建立的，线程只需链接上各自的共享内存块即可，每一块共享内存的大小是100）. 在这里共享内存设置成一个100的数组。

具体实施：（1）为1.3.5.7.9建立一个共享内存1号，1.3.5.7.9生产者线程生产的产品都放入这块共享内存缓冲区，所有奇数的消费者线程要消费的话，只需在消费者线程中链接上这块共享内存，就可以直接消费1.3.5.7.9生产者线程生产的产品。

（2）为2.4.6.8.10建立一块共享内存2号。

2.4.6.8.10生产的产品都放入2号共享内存缓冲区，所有的偶数的消费者线程只要链接上2号缓冲区，就可以消费2.4.6.8.10生产的产品。

当偶数消费者线程消费产品后，产品即可从缓冲区撤销，方法是在消费线程里将消费的产品在共享内存数组里置0。

《操作系统课程设计》实验报告生产者消费者问题2013年12 月25 日一设计目标运用条件变量和互斥锁原理实现线程同步问题，解决生产者消费者问题1.1 背景知识说明在Linux环境下需要使用POSIX库进行设计实现，POSIX是Portable Operating System Interface of Unix的缩写。

由IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineering）开发，由ANSI和ISO 标准化。

POSIX的诞生和Unix的发展是密不可分的，Unix于70年代诞生于贝尔实验室，并于80年代向美各大高校分发V7版的源码以做研究。

加利福尼亚大学伯克利分校在V7的基础上开发了BSD Unix。

后来很多商业厂家意识到Unix的价值也纷纷以贝尔实验室的System V或BSD 为基础来开发自己的Unix，较著名的有Sun OS，AIX，VMS。

文档收集自网络，仅用于个人学习基于posix的线程标准库是pthreadPOSIX线程（POSIX Thread），简称Pthread，是线程的POSIX 标准。

该标准定义了创建和操纵线程的一整套API。

在类Unix操作系统（Unix、Linux、Mac OS X等）中，都使用Pthread作为操作系统的线程。

Windows操作系统也有其移植版pthread-win32。

文档收集自网络，仅用于个人学习Pthreads定义了一套C语言的类型、函数与常量，它以pthread.h头文件和一个线程库实现。

1.2 原理在同一个进程地址空间内执行的两个线程生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。

消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。

当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区。

当消费者线程消费物品时，如果没有满的缓冲区，那么消费者线程将被阻塞，直到新的物品被生产出来。

课程设计说明书山东科技大学2014年 1 月 1 日课程设计任务书一、课程设计题目：生产者消费者问题二、课程设计主要参考资料（1）《计算机操作系统》（修订版）．汤子瀛．西安电子科技大学出版社。

（2）《数据结构》严蔚敏清华大学出版社（3）《操作系统概念》第六版三、课程设计应解决的主要问题：（1）了解信号量的使用（2）理解生产者消费者问题模型（3）掌握真确使用同步机制的方法（4）实现生产者消费者进程的互斥与同步四、课程设计相关附件（如：图纸、软件等）：程序源代码五、任务发出日期： 2013-12-1 课程设计完成日期： 2014-12-25指导教师签字：系主任签字：指导教师对课程设计的评语成绩：指导教师签字：年月日生产者消费者问题一、设计目的1、了解信号量的使用2、加深对信号量机制的理解3、通过研究Linux 的进程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发控制.4、掌握基本的同步互斥算法，理解生产者与消费者模型5、了解多线程（多进程）的并发执行机制，线程（进程）间的同步与互斥二、设计要求1、理解生产者与消费者问题模型，掌握解决问题的算法思想2、掌握正确使用同步机制的方法3、每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后,即时显示有界缓冲区的全部内容,当前指针位置和生产者/消费者线程的标识符.4、生产者和消费者各有两个以上.5、多个生产者或多个消费者之间须有共享对缓冲区进行操作的函数代码.三、设计说明（含系统框图和（或）主要算法的流程图）生产者流程图消费者流程图有n个生产者和m个消费者，连接在具有k个单位缓冲区的有界环转缓冲上，故又称有界缓冲问题。

其中Pi 和Cj都是并发进程，只要缓冲区未满，生产者进程Pi所生产的产品就可投入缓冲区；类似地，只要缓冲区非空，消费者进程Cj就可以从缓冲区取走并消耗产品。

生产者——消费者问题是典型的进程同步问题，这些进程必须按照一定的生产率和消费率来访问共享缓冲区，用P、V操作解决生产者和消费者共享单缓冲区的问题，可设置两个信号量empty和full，其初值分别为1和0，empty指示能否向缓冲区放入产品，full 指示能否从缓冲区取出产品。

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:a.大致由三个模块组成:i.主程序(main):ii.创建信号量、共享内存并进行初始化iii.创建生产者、消费者进程, 生产者执行pro_fun(), 消费者执行con_fun()iv.等待所有子进程的结束v.删除信号量、共享内存i.生产者进程(pro_fun):ii.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iii.P(empty), P(mutex), Add(data), V(mutex), V(full)iv.解除和共享内存的关联i.消费者进程(con_fun):ii.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iii.P(full), P(mutex), Add(data), V(mutex), V(empty)iv.解除和共享内存的关联循环队列部分: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：b.生产者进程: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。

操作系统生产者消费者问题实验报告实验名称:一、生产者-消费者问题的多线程解决方案二、设计一个执行矩阵乘法的多线程程序日期：20XX-10-22 班级：13级计科学号:姓名：一、实验目的1.掌握线程的同步与互斥2.掌握生产者消费者的实现问题3.掌握多线程的编程方法4.掌握矩阵乘法的基本计算原理以及实现二、实验内容1.生产者-消费者问题的多线程解决方案2.设计一个执行矩阵乘法的多线程程序三、项目要求与分析1．请查阅资料，掌握线程创建的相关知识以及矩阵乘法的相关知识，了解java语言程序编写的相关知识2．理解线程的实验步骤在本次试验中，以“生产者-消费者”模型为依据，提供了一个多线程的“生产者-消费者”实例，编写java代码调试运行结果，得出相应的结论。

理解矩阵乘法的实验步骤四、具体实现1.生产者-消费者实例（1）创建一个缓冲信息发送接收通道接口，并创建邮箱盒子类实现，主要代码如下：//通道接口public interface Channel{public abstract void send(Object item);public abstract Object receive();}//实现接口public class MessageQueue implements Channel{private Vector queue;public MessageQueue(){queue=new Vector();}public void send(Object item){queue.addElement(ite m);}public Object receive(){if(queue.size()==0)return null;elsereturn queue.remove(0);}}（2）创建一个工厂多线程类（启动生产者和消费者），并且添加main 函数进行测试，主要代码如下：//工厂类与主方法public class Factory{public Factory(){Channel mailBox=new MessageQueue();Thread producerThread=new Thread(new Producer(mailBox));Thread consumerThread=new Thread(new Consumer(mailBox));producerThread.start();consumerThread.start();}public static void main(String[] args){Factory server=new Factory();}（3）创建一个线程睡眠类，用于测试，主要代码如下：public class SleepUtilities{public static void nap(){nap(NAP_TIME);}public static void nap(int duration){int sleeptime = (int)(NAP_TIME * Math.random());try{ Thread.sleep(sleeptime*1000); }catch (InterruptedException e) {}}private static final int NAP_TIME = 5;（4）创建生产者类实现Runnable，主要代码如下：public class Producer implements Runnable{private Channel mbox;public Producer(Channel mbox){this.mbox=mbox;}public void run(){Date message;while(true){SleepUtilities.nap();message=new Date();System.out.println("Producer produced "+message);mbox.send(message);}}}（5）创建消费者类实现Runnable，主要代码如下：public class Consumer implements Runnable{private Channel mbox;public Consumer(Channel mbox){this.mbox=mbox;}public void run(){Date message;while(true){SleepUtilities.nap();message=(Date)mbox.receive();if(message!=null)System.out.println("Consumer consumed "+message);}}}（6）调试程序，运行结果：2.矩阵乘法实例（1）初始化矩阵(便于观察，这里使用随机数生成矩阵)，主要初始化代码如下matrix1 = new int[m][k];matrix2 = new int[k][n];matrix3 = new int[m][n];//随机初始化矩阵a,bfillRandom(matrix1);fillRandom(matrix2);static void fillRandom(int[][] x){for (int i=0; i<x.length; i++){for(int j=0; j<x[i].length; j++){//每个元素设置为0到99的随机自然数x[i][j] = (int) (Math.random() * 100);}}}（2）打印输出矩阵函数，主要代码如下：static void printMatrix(int[][] x){for (int i=0; i<x.length; i++){for(int j=0; j<x[i].length; j++) {System.out.print(x[i][j]+" ");}System.out.println("");}System.out.println("");}（3）创建多线程类，并实现Runnable接口同步对矩阵进行分行计算，主要代码如下：//创建线程,数量 <= 4for(int i=0; i<4; i++){if(index < m){Thread t = new Thread(new MyThread());t.start();}else{break;}synchronized static int getTask(){if(index < m){return index++;}return -1;}}class MyThread implements Runnable{int task;//@Overridepublic void run(){MultiThreadMatrix.threadCount++;while( (task= MultiThreadMatrix.getTask()) != -1 ){System.out.println("进程:"+Thread.currentThread().getName()+"\t开始计算第"+(task+1)+"行");for(int i=0; i<MultiThreadMatrix.n; i++){for(int j=0; j<MultiThreadMatrix.k;j++){MultiThreadMatrix.matrix3[task][i] += MultiThreadMatrix.matrix1[task][j] *MultiThreadMatrix.matrix2[j][i];}}}MultiThreadMatrix.threadCount--;}（4）通过不断改变矩阵大小，线程数目，，调试程序，运行结果：五、所遇问题与解决方法1.在生产者-消费者多线程试验中，刚开始没有考虑到使用线程睡眠，运行结果速度之快，没法观看数据变化，后面定义了睡眠控制，使得问题得以解决2.在多线程矩阵开发实验中，刚开始定义矩阵太小，测试结果不太明显，后面通过把矩阵改大，并且线程数目不断变化使得结果明显。

生产者与消费者问题实验报告生产者与消费者问题实验报告篇一：生产者和消费者问题实验报告实验报告课程名称：操作系统实验名称：生产者和消费者问题学号：学生姓名：班级：指导教师：评分：实验日期：XX年 10月 22 日篇二：操作系统实验报告经典的生产者—消费者问题实验二经典的生产者—消费者问题一、目的实现对经典的生产者—消费者问题的模拟，以便更好的理解经典进程同步问题。

二、实验内容及要求编制生产者—消费者算法，模拟一个生产者、一个消费者，共享一个缓冲池的情形。

1、实现对经典的生产者—消费者问题的模拟，以便更好的理解此经典进程同步问题。

生产者－消费者问题是典型的PV操作问题，假设系统中有一个比较大的缓冲池，生产者的任务是只要缓冲池未满就可以将生产出的产品放入其中，而消费者的任务是只要缓冲池未空就可以从缓冲池中拿走产品。

缓冲池被占用时，任何进程都不能访问。

2、每一个生产者都要把自己生产的产品放入缓冲池，每个消费者从缓冲池中取走产品消费。

在这种情况下，生产者消费者进程同步，因为只有通过互通消息才知道是否能存入产品或者取走产品。

他们之间也存在互斥，即生产者消费者必须互斥访问缓冲池，即不能有两个以上的进程同时进行。

三、生产者和消费者原理分析在同一个进程地址空间内执行两个线程。

生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。

消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。

当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放一个空缓冲区。

当消费者线程消费物品时，如果没有满的缓冲区，那么消费者线程将被阻挡，直到新的物品被生产出来。

四、生产者与消费者功能描述：生产者功能描述：在同一个进程地址空间内执行两个线程。

生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。

当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区。

第1篇一、实验目的1. 加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。

2. 进一步认识并发执行的实质。

3. 验证用信号量机制实现进程互斥的方法。

4. 验证用信号量机制实现进程同步的方法。

二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：C语言3. 开发工具：Visual Studio三、实验内容1. 生产者和消费者模型介绍生产者和消费者模型是操作系统中常见的一种并发控制模型，用于解决多个进程之间的同步和互斥问题。

在该模型中，生产者负责生成数据，消费者负责消费数据。

生产者和消费者通过共享资源（如缓冲区）进行通信。

2. 实验设计（1）环形缓冲区为了实现生产者和消费者的同步，我们设计了一个环形缓冲区，由若干个大小相等的缓冲块组成。

每个缓冲块可以容纳一个产品。

环形缓冲区的指针分别指向当前的第一个空缓冲块和第一个满缓冲块。

（2）信号量为了实现进程互斥和同步，我们使用了三个信号量：① 公用信号量：用于实现临界区互斥，初始值为1。

② 生产者私用信号量：用于实现生产者与消费者之间的同步，初始值为0。

③ 消费者私用信号量：用于实现生产者与消费者之间的同步，初始值为0。

（3）生产者进程生产者进程负责生成数据，并将数据存入环形缓冲区。

当环形缓冲区满时，生产者进程等待；当环形缓冲区有空位时，生产者进程继续生成数据。

（4）消费者进程消费者进程负责从环形缓冲区中取出数据并消费。

当环形缓冲区空时，消费者进程等待；当环形缓冲区有数据时，消费者进程继续消费数据。

3. 实验步骤（1）创建生产者进程和消费者进程。

（2）初始化信号量。

（3）运行生产者进程和消费者进程。

（4）按任意键停止程序，显示当前系统的各个参数的值。

四、实验结果与分析1. 实验结果通过运行实验程序，我们可以观察到生产者和消费者进程的运行情况。

当按下任意键停止程序时，程序将显示当前系统的各个参数的值，包括环形缓冲区的空位数量、生产者和消费者的状态等。

2. 分析（1）互斥：通过公用信号量实现生产者和消费者对环形缓冲区的互斥访问，防止了同时操作缓冲区的问题。

操作系统实验报告三大问题之生产者与消费者问题操作系统实验报告三大问题之生产者与消费者问题文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]计算机操作系统实验报告题目三大经典问题之生产者与消费者问题一、课程设计的性质与任务1、加深对并发协作进程同步与互斥概念的理解。

通过编写程序实现进程同步和互斥，使学生掌握有关进程（线程）同步与互斥的原理，以及解决进程（线程）同步和互斥的算法，从而进一步巩固进程（线程）同步和互斥等有关的内容。

2、掌握进程和线程的概念，进程（线程）的控制原语或系统调用的使用。

3、了解Windows2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。

学习使用Windows2000/XP中基本的同步对象，掌握相应的API函数。

4、培养学生能够独立进行知识综合，独立开发较大程序的能力。

5、培养提高学生软件开发能力和软件的调试技术。

6、培养学生开发大型程序的方法和相互合作的精神。

7、培养学生的创新意识。

8、培养学生的算法设计和算法分析能力。

9、培养学生对问题进行文字论述和文字表达的能力。

二、课程设计的内容及其要求在WindowsXP、Windows2000等操作系统下，使用的VC、VB、Java或C等编程语言，采用进程（线程）同步和互斥的技术编写程序实现生产者消费者问题或哲学家进餐问题或读者-写者问题或自己设计一个简单进程（线程）同步和互斥的实际问题。

要求：（1）经调试后程序能够正常运行。

（2）采用多进程或多线程方式运行，体现了进程（线程）同步互斥的关系。

（3）程序界面美观。

三、实验原理本实验要求利用PV操作实现解决生产者——消费者问题中的同步问题。

此问题描述的是一群生产者进程在生产产品并将这些产品提供给消费者进程去消费，在两者之间设置了一个具有n 个缓冲区的缓冲池，生产者进程将它所生产的产品放入一个缓冲区，消费者进程可从缓冲区中取走产品去消费，但它们之间必须保持同步，即不允许消费者进程到一个空缓冲区去取产品，也不允许生产者进程向一个已装满且尚未取出的缓冲区中投放产品，并且生产者消费者互斥使用缓冲区。