北邮操作系统消费者与生产者实验报告.doc

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1、北邮操作系统消费者与生产者实验报告 中括号内的数字为代码行号，下同。volatile long state：【1222】进程状态字，表示进程当前的状态（运行、就绪、等待、僵死、暂停、交换） ，分别对应已定义好的常量；TASK_RUNING ：正在运行或可运行状态；TASK_INTERRUPTIBLE ：可打断睡眠状态； TASK_UNINTERRUPTIBLE ：不可打断睡眠状态；TASK_ZOMBLE ：僵死状态；TASK_SPED ：暂停状态；交换状态。void _stack:【1223】进程所使用的栈空间；unsigned int flags：【 1225】进程标志（创建、关闭、跟踪、被

2、跟踪、内核dump 等），同样对应已定义好的常量；unsigned int rt_priority ：【 1237】表示本进程的实时优先级；const struct sched_class _sched_clas、sstruct sched_entity se：【 1239,1240】分别是调度类和 调度实体，这两个结构包含了用于任务调度的完整的信息（进程信息、调度策略等）；unsigned int po l i cy ： 【 1 260】进程的调度策略标志，有三种调度标志：SCHED_OTHER ：普通进程的调度策略，基于优先权的轮转法； SCHED_FIFO ：实时进程的调度策略，基于先进

3、先出的算法；SCHED_RR :实时进程的调度策略，基于优先权的轮询法。struct list_head tasks：【 1274】任务队列，为一双向循环链表；int pdeath_signal:【1282】父进程终止时产生的信号；pid_t pid :【1294】进程标识符，操作系统每创建一个新的进程就要为这个新进程分配一 个进程控制块（PCB）,系统内核通过pid区分这些进程的；struct task_struct _real_parent:【1307】本进程的父进程的 PCB；struct list_head children：【1312】本进程的子进程列表；struct list_he

4、ad ptraced: 【1321】本进程正在使用 ptrace 监视的进程列表；struct thread_struct thread:【1375】本进程下属的线程集；struct signal_struct _signal、 struct sighand_struct _sighand:【 1383,1384】分别是进程运行时 产生的信号以及信号处理模块。pthread 接口说明#include 1、创建int pthread_create( pthread_t _tid, const pthread_attr_t _attr, void _(_func) (void _), void _

5、arg ); attr: 线程属性包括：优先级、初始栈大小，是否应该成为一个守护线程。缺省设置， NULL后面是线程要执行的函数和参数成功返回 02、等待一个给定线程终止int pthread_join( pthread_t tid, void _status)；等待线程结束 critiction 可以在进程中使用， mute_ 只可在进程中使用statues返回等待线程的返回值multiple defi niti on of #; _dso_ha ndle#;/usr/lib/gcc/i486-linu_-gnu/4.4.3/crtbegin.o:(.data+0): first defin

6、ed herethreadTest: In function #;_init#;:(.init+0): multiple definition of #;_init#;/usr/lib/gcc/i486-linu_-gnu/4.4.3/././././lib/crti.o:(.init+0): first defined here/tmp/cchm2SmY.o:(.data+0): multiple definition of #;flag#; threadTest:(.data+0_8): first defined here /tmp/cchm2SmY.o: In function #;t

7、hreadMe3、得到自身的 pidpthread_t pthread_self(void);4、pthread_detach 函数int pthread_detach( pthread_t pid );把指定的线程转变为脱离状态一个线程或者是可汇合的(joinable，缺省值)，或者是脱离的(detached)。当一个可汇 合的线程终止时，它的线程ID和退出状态将留到另一个线程对它调用pthread_join。脱离线程却象守护进程：当它们终止的时， 所有相关资源都被释放， 我们不能等待它们终止。如果 一个线程需要知道另一个线程什么时候终止，那就最好好吃第二个线程的可汇合状态。本函数通常由想让

8、自己脱离的线程调用，如下语句pthread_detach( pthread_self() );5、终止一个线程void pthread_e_it( void _statue );指针sttus不能指向局部于调用对象，因为线程终止时这样的对象也消失( 3)阅读 Linu_ 的 semaphore.h 源码文件，分析线程的创建过程。typedef struct sem_t_sem_t;PTW32_DLLPORT int _cdecl sem_init (sem_t _sem,int pshared, unsigned int value);PTW32_DLLPORT int _cdecl sem_

9、destroy (sem_t _sem);PTW32_DLLPORT int _cdecl sem_trywait (sem_t _sem);PTW32_DLLPORT int _cdecl sem_wait (sem_t _sem);PTW32_DLLPORT int _cdecl sem_post (sem_t _sem);PTW32_DLLPORT int _cdecl sem_post_multiple (sem_t _sem,int coun t);PTW32_DLLPORT int _cdecl sem_close (sem_t _sem);PTW32_DLLPORT int _c

10、decl sem_u nlin k (co nst char _name);int sem_init(sem_t _sem,int pshared,unsigned int value。用于信号量的初始化，第一个参数 为信号量的名称，第二个参数为信号量的共享属性，一般设为0 (不共享)，第三个参数为信号量的初始值。int sem_wait(sem_t _sem)。相当于上面的 wait()操作，作用是当信号量的值大于0时，给信号量的值减1,否则会阻塞直至信号量的值大于0。它是一个原子操作。int sem_post(sem_t _sem)。相当于上面的 signal(操作，作用是给信号量的值加1

11、。它也是一个原子操作。_/实验环境此实验采用的是 8下 Visual Stdio 20_ 工程。由于系统不包含semaphored,sched.h及pthread.h头文件，所以这些头文件都是从网上FTP资源下载后，加入工程的。程序中加入 #pragma comment(lib , “pthreadVC2.lib”)来调用 pthread链接库。文件根目录下已下载 pthreadVC2.dll _/实验步骤A .设计思路这个问题是进程同步的经典问题之一，基本思路是设置三个信号量：mute_信号量，用于控制生产者和消费者对于缓冲区的互斥访问；empty信号量，记录当前为空的缓冲区的数目，初始化为

12、所有缓冲区的数目 BUF_SIZE full信号量，记录当前已满的缓冲区的数目， 初始化为0。_/一个buffer，一个生产者，一个消费者(1)规则只有buffer为空才能put;只有buffer中有数据才能get;不允许多个put操作同时进行； 不允许多个get操作同时进行。这时buffer变成了临界资源，消费者之间需要互斥地使用，生产者之间也需要互斥地使 用，消费者和生产者之间也需要互斥地使用，这时设置两个信号量s1, s2实现同步，例外设置 S信号，代表buffer这种临界资源，用于互斥，称之为互L /宀口曰.斥信号量。(2 )实现流程生产者p (s1)“判断buffer是否空”p (

13、s)“是否可进行put，是否有其他进程占用buffer”putv (s)“释放buffer，让其他进程可以使用”v (s2)“给消费者进程释放一个buffer中有数据的信号”消费者p( s2)”判断是否有数据”p( s)“是否可进行get，是否有其他进程占用”getv ( s)”释放buffer，让其他进程可以使用“v ( s1)”给生产者释放一个buffer为空的信号”通过3个信号量，实现了消费者和生产者之间同步关系，也保证了在某个时刻只有一个进程使用临界资源buffer。生产者进程的代码结构描述如下：while(true) n e_tp=produce();wait(empty);wait

14、(mute_);put (n e_tp);sig nal(mute_);sig nal(full); 消费者进程的代码结构描述如下：while(true) wait(full);wait(mute_); ne_tc=get();sig nal(mute_);sig nal(empty);c on sume( ne_tc); 这里两个wait语句的次序并不能调换，这是因为如果将两个wait操作即wait( full)和wait ( mute_ )互换位置，或者将release( mute_ )与release( full )互换位置，当缓冲区存满产品时，生产者又生产了一件产品，它欲向缓冲区存放时

15、将在empty上等待，但它已经占有了使用缓冲区的权利。这时消费者要取产品时将停留在mute_上得不到使用缓冲区的权利，导致生产者等待消费者取走产品，而消费者却在等待生产者释放使用缓冲区的权利， 这种相互等待永远结束不了。因此进程将会发生死锁。_IB .实验代码分析/_ProducerProduce items and try to put it into the bufferIf the buffer is full, wait ingWhen produced, we output like that: Producer 2 produced 222When successfully put

16、, we output: Producer 2 have put product 222 into the buffer after 100 millisec ondsThe milliseconds is the timespan from the producer produced the itemWhen the buffer is full but the producer put the item, an error occurred(No way it will he n)_/#define PTIMESPANMA)5000void_producer( void_params)in

17、t id=_(i nt _)params; while (true)SLEEga nd()PTIMESPANMA_buffer item rnd=rand();long beg in, end;CLOCKbegi n);printf(“ld:t Producer dt produced dn” , (long)(begin-threadStart), id, rnd);sem_wait(empty);pthread_mute_lock(mute_);(CLOCKS nd), i nsert item(r nd)printf(“ld:t Producer dt have put dt after

18、 dt millisecondsn” ,end-threadStart, id, rnd, en d-begi n):printf( “ld:t Producer dt Report Error!n” , end-threadStart, id);pthread_mute_u nlock(mute_);sem_post (full);_/消费者：/_Con sumerTry to con sume items from the bufferIf the buffer is empty, wait ingWhen try to con sume, we output like that: Con

19、 sumer 3 want to con sumeWhen successfully con sumed, we output: Con sumer 3 con sumed 222 after 100 millisec ondsThe milliseconds is the timespan from the consumer try to consume the itemWhen the buffer is empty but the con sumer con sumed the item, an error occurred(No way it will he n)_/#define C

20、TIMESPANMA_ 5000void _consumer( void _params)int id=_( int _) params ;while (true)SLEEP(rand() CTIMESPANMA_);long begi n, end;CLOCK(begi n);pri ntf( “ld:t Con sumer dt want to con sumen”, beg in-threadStart, id);sem wait(full);pthread_mute_lock(mute_);buffer_item item=buffercurrentlnde_;(CLOCK(e nd)

21、, remove item(item)printf( “ld:t Consumer dt consumed dt after dt millisecondsn”SLEEP(1);SLEEP(1);en d-threadStart, id, item, en d-beg in)en d-threadStart, id, item, en d-beg in):printf( “ld:t Consumer dt Report Error!n” , end-threadStart, id); pthread_mute_u nlock(mute_);sem_post(empty);_/主函数：int m

22、ain(int argc, char_argv)sra nd(u nsig ned in t(time(0);/In it mute_, full and emptypthread_mute_init(mute_, NULL );sem init(full, 0, BUFFER SIZE); semn it(empty, 0, BUFFER_SIZE);int i=0;/ eNo item in the buffer now, so full is “full”for(i=0; iducEl_1have put 16827afterenilliseconds13 423Cunuiner0van

23、t to consume13423ConsunerQconsuned 1682?after0billiseconds13438Consunei_2uant to consume13438Conuner2consumed 1G827Af ter0milliseconds1343?Consumer1vant to con Slime14SH1Producer2produced 1682714S01Producer2have put 16827afterPnilliseconds14502Consumer1consumed 1682?after1863nilllseGonds177E2Consume

24、r0want to consume17797Consumer2vant to consume179-10Producer0produced 4911794RProducer0have put 491after0billiseconds17940Conuner0consumed 491af ter15Binillisecond17948Produce!#;1produced 49117948Producer1have put 491afterQntilliseconds：17948Consumer2consumed 491after1S1milliseconds1862Consumer1uant to consumeD:Use rsta od oc u m e ntsv i su a I studio 20l2ProjectsConsolelication._由结果看出，三个消费者和三个生产者一直处于相互互斥工作状态，并未出现死锁，拥堵等异常状态。程序运行成功。实验总结第 14 页 共 14 页