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1、实验报告五生产者和消费者问题姓名：丛菲 学号：20100830205 班级：信息安全二班一、实习内容 1 、模拟操作系统中进程同步和互斥 2 、实现生产者和消费者问题的算法实现二、实习目的1、熟悉临界资源、信号量及PV操作的定义与物理意义 2、了解进程通信的方法 3、掌握进程互斥与进程同步的相关知识 4、掌握用信号量机制解决进程之间的同步与互斥问题 5、实现生产者消费者问题，深刻理解进程同步问题三、实习题目 在Linux操作系统下用C实现经典同步问题：生产者一消费者，具体要求如下：(1) 一个大小为10 的缓冲区，初始状态为空。(2) 2 个生产者，随机等待一段时间，往缓冲区中添加数据，若缓冲
2、区已满，等待消 费者取走数据之后再添加，重复10 次。(3) 2 个消费者，随机等待一段时间，从缓冲区中读取数据，若缓冲区为空，等待生 产者添加数据之后再读取，重复10 次。 提示本实验的主要目的是模拟操作系统中进程同步和互斥。在系统进程并发执行 异步推进的过程中，由于资源共享和进程间合作而造成进程间相互制约。进程间的 相互制约有两种不同的方式。(1) 间接制约。这是由于多个进程共享同一资源(如CPU、共享输入/输出设备) 而引起的，即共享资源的多个进程因系统协调使用资源而相互制约。(2) 直接制约。只是由于进程合作中各个进程为完成同一任务而造成的，即并发进 程各自的执行结果互为对方的执行条件
3、，从而限制各个进程的执行速度。生产者和消费者是经典的进程同步问题，在这个问题中，生产者不断的向缓冲区中写入数据，而消费者则从缓冲区中读取数据。生产者进程和消费者对缓冲区的操作是互斥，即当前只能有一个进程对这个缓冲区进行操作，生产者进入操作缓冲区之前，先要看缓冲区是否已满，如果缓冲区已满，则它必须等待消费者进程将数据取出才能写入数据，同样的，消费者进程从缓冲区读取数据之前，也要判断缓冲区是否为空，如果为空，则必须等待生产者进程写入数据才能读取数据。在本实验中，进程之间要进行通信来操作同一缓冲区。一般来说，进程间的通信根据通信内 容可以划分为两种：即控制信息的传送与大批量数据传送。有时，也把进程间
4、控制在本实验 中，进程之间要进行通信来操作同一缓冲区。一般来说，进程间的通信根据通信内容可以划 分为两种：即控制信息的传送与大批量数据传送。有时，也把进程间控制信息的交换称为低 级通信，而把进程间大批量数据的交换称为高级通信。目前，计算机系统中用得比较普遍的高级通信机制可分为3 大类：共享存储器系统、消 息传递系统及管道通信系统。 共享存储器系统共享存储器系统为了传送大量数据，在存储器中划出一块共享存储区，诸进程可通过对 共享存储区进行读数据或写数据以实现通信。进程在通信之前，向系统申请共享存储区中的 一个分区，并为它指定一个分区关键字。 信息的交换称为低级通信，而把进程间大批量数 据的交换称
5、为高级通信。目前，计算机系统中用得比较普遍的高级通信机制可分为3 大类：共享存储器系统、消息 传递系统及管道通信系统。 消息传递系统在消息传递系统中，进程间的数据交换以消息为单位，在计算机网络中被称为报文。消息传 递系统的实现方式又可以分为以下两种：（1）直接通信方式 发送进程可将消息直接发送给接收进程，即将消息挂在接收进程的消息缓冲队列上，而接收 进程可从自己的消息缓冲队列中取得消息。（2）间接通信方式 发送进程将消息发送到指定的信箱中，而接收进程从信箱中取得消息。这种通信方式又称信 箱通信方式，被广泛地应用于计算机网络中。相应地，该消息传递系统被称为电子邮件系统。 管道通信系统 向管道提供
6、输入的发送进程，以字符流方式将大量的数据送入管道，而接收进程从管道中接 收数据。由于发送进程和接收进程是利用管道进行通信的，故称为管道通信。 为了协调发送和接收双方的通信，管道通信机制必须提供以下3 方面的协调功能。 （1）互斥当一个进程正在对pipe文件进行读或写操作时，另一个进程必须等待。（2）同步当写进程把一定数量的数据写入pipe文件后，便阻塞等待，直到读进程取走数据后，再把 写进程唤醒。（3）确认对方是否存在只有确定对方已存在时，才能进行管道通信，否则会造成因对方不存在而无限制地等待。在 这个问题当中，我们采用信号量机制进行进程之间的通信，设置两个信号量，空的信号量和 满的信号量。在
7、Linux系统中，一个或多个信号量构成一个信号量集合。使用信号量机制可 以实现进程之间的同步和互斥，允许并发进程一次对一组信号量进行相同或不同的操作。每 个P、V操作不限于减1或加1,而是可以加减任何整数。在进程终止时，系统可根据需要 自动消除所有被进程操作过的信号量的影响1缓冲区采用循环队列表示，利用头、尾指针来存放、读取数据，以及判断队列是否为空。 缓冲区中数组大小为10；2.利用随机函数rand(得到A_Z的一个随机字符，作为生产者每次生产的数据，存放到缓 冲区中；3使用shmget (系统调用实现共享主存段的创建，shmget (返回共享内存区的ID。对于已 经申请到的共享段，进程需把
8、它附加到自己的虚拟空间中才能对其进行读写。4.信号量的建立采用semget (函数，同时建立信号量的数量。在信号量建立后，调用semctl() 对信号量进行初始化，例如本实习中，可以建立两个信号量SEM_EMPTY 、SEM_FULL ， 初始化时设置SEM_EMPTY为10, SEM_FULL为0。使用操作信号的函数semop()做排除式操作，使用这个函数防止对共享内存的同时操作。对共享内存操作完毕后采用shmc tl函 数撤销共享内存段。5使用循环，创建2个生产者以及2个消费者，采用函数fork创建一个新的进程。6.个进程的一次操作完成后，采用函数fflush刷新缓冲区。7程序最后使用se
9、mctl函数释放内存。模拟程序的程序流程图如下所示：1主程序流程图：2生产者进程流程图4.P操作流程图/static int processpSIZE = 2,3,2,1,5,2,4,5,3,2,5,2;/static int processpSIZE 7,10,1,2,10,3,10,4,2,3,10,3,2,1,2,10,1,7,10,1; void build();void LRU();int main(intargc, char *argv)printf(Random sequence is as follows:n); build();printf(nInvoking LRU Alg
10、orithn: n);LRU();return 0;void build()inti = 0;for(i=0; ipSIZE; i+)processi = (int)(10.0*rand()/(RAND_MAX); printf(%d ,processi);printf(n);void LRU()int flagmSIZE = 0;inti = 0, j = 0;int m = -1, n = -1;int max = -1,maxflag = 0;int count = 0;for(i = 0; ipSIZE; i+)/Find the first free Physical Block四、
11、实现代码为：/ exet5.cpp/#include stdafx.h#include #include #define mSIZE 3 #define pSIZE 20 staticintmemerymSIZE = 0; staticint processpSIZE = 0;for(j=0; jmSIZE; j+)if(memeryj = 0)m = j;break;/Find if there are same processes for(j = 0; j mSIZE; j+)if(memeryj = processi)n = j;/Find free PB for(j = 0; j ma
12、xflag) maxflag = flagj; max = j;if(n = -1) / Find no same processif(m != -1) / find free PB memerym = processi; flagm = 0;for(j = 0;j = m; j+)flagj+;m = -1;else /NO find free PB memerymax = processi; flagmax = 0;for(j = 0;j mSIZE; j+)flagj+;max = -1;maxflag = 0;count+;else / Find same processmemeryn
13、 = processi;flagn = 0;if(m != -1) /find free PBflagm = 0;for(j = 0;j mSIZE; j+)五、在虚拟机上的具体操作及结果flagj+;max = -1;maxflag = 0;n = -1;for(j = 0 ;j mSIZE; j+)printf(%d ,memeryj);printf(n);printf(nThe times of page conversion is: %dn,count);rile Ed in iiew Seairh ToolsI i e畑5.cin = e；#in duderfinelude#inel
14、ude tfincude#i neludeApplied mis Places System eexe5,c! *1 月 3, D3:2155 VMngbD 回uPrint.Jnao :ledoFind RepleteDocuments Help pthread tin csemaphore.h/ lu- ND8*&D6Eu uOfipAEyAMef inc N 2define H lfi ff 汕、託护l inf/ _int out = -3； / iuN0GEi2u/LyAi*iA im buffH = e; /训吨红旳-住詆r ；aEffiADB2LK-t empty sen； / 卜5如口店1Eu2ii06 (4serf t full._5eii； /|i*A-2- Eilti - NOElCi- Npthread_nutex_t mutex； / 絆河WEB 加址张碱褲翻珀 int product id = &； /uJuOSid
