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。
消费者功能描述：消费者线程从缓冲区获得物品，然后释放缓冲区，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。
五、实验环境
操作系统环境：Windows系统。
编程语言：C#。
六、生产者与消费者的思路和设计
1、程序流程图
(1) 生产者
(2) 消费者
2、主要程序代码
//初始化变量
private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
{
mutex = 1; //互斥信号量
full = 0; //缓冲池中满缓冲区的数量
empty = 5;//缓冲池中空缓冲区的数量
count1 = 0;//生产的产品数目
i = 0;
lb_mutex.Text = "1";
lb_full.Text = "0";
lb_empty.Text = "5";
}
//消费者从缓冲区中消费一个产品
private void consumer_Click(object sender, EventArgs e)
{
if (full > 0)
{ //消费者已进入互斥临界区
if (mutex == 1) //申请进入临界区
{
mutex = 0; //消费者已进入互斥临界区
lb_mutex.Text = "0";
timer_consumer.Enabled = true;//启动消费者消费缓冲区产品
}
else
{
MessageBox.Show("缓冲区被占用，请等待。。。", "信息提"MessageBoxButtons.OK);
}
}
else
{
MessageBox.Show("缓冲区为空，不能消费!", "信息提示", MessageBoxButtons.OK);
}
}
//生产者向缓冲区中存入一个产品
private void producer_Click(object sender, EventArgs e)
{
count1 = count1 + 1; //生产一个产品
if (empty > 0)
{ //有缓冲区可放产品
if (mutex == 1)
{ //申请进入临界区
mutex = 0; //生产者已进入临界区
lb_mutex.Text = "0";
timer1.Start(); //启动生产者将产品放入缓冲区
}
else
{ //不能进入临界区
count1 = count1 - 1;
MessageBox.Show("缓冲区被占用，请等待。。。", "信息提示", MessageBoxButtons.OK);
}
}
else
{
MessageBox.Show("缓冲区已满!", "信息提示", MessageBoxButtons.OK); //无缓冲区可放产品count1 = count1 - 1;
}
}
//生产者
private void timer1_Tick_1(object sender, EventArgs e)
{
if (bool1)
{
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;
}
lb_show.Text = "生产者进程占用缓冲区，请等待。。。。";
bool1 = false;
}
else
{
switch (count1)
{
case 1: pictureBox1.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 = "生产者进程占用缓冲区，请等待。。。。";
bool1 = true;
}
i = i + 1;
if (i == 5)
{ //循环缓冲区，首尾相接
