C语言编程模拟生产者和消费者问题Word文档格式.docx
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其中W（s）表示将调用过程的进程置为等待信号量s的状态；
R（s）表示
释放一个等待信号量s的进程。
在系统初始化时应把semaphore定义为某个类型，为简单起见，在模拟实习
中可把上述的semaphore直接改成integer。
（2）生产者——消费者问题。
假定有一个生产者和一个消费者，生产者每次生产一件产品，并把生产的产品存入共享缓冲器以供消费者取走使用。
消费者每次从缓冲器内取出一件产品去消费。
禁止生产者将产品放入已满的缓冲器内，禁止消费者从空缓冲器内以产品。
假定缓冲器内可同时存放10件产品。
那么，用PV操作来实现生产者和消费者之间的同步，生产者和消费者两个进程的程序如下：
B:
array[0..9]ofproducts;
s1,s2;
semaphore;
s1:
=10,s2:
=0;
IN,out:
integer;
IN:
out:
cobegin
procedureproducer;
c:
products;
begin
L1:
Produce（c）;
P（s1）;
B[IN]:
=C;
=（IN+1）mod10;
V（s2）;
gotoL1end;
procedureconsumer;
x:
products;
begin
L2:
p（s2）;
x:
=B[out];
out:
=（out+1）mod10;
v（s1）;
consume（x）;
gotoL2
end;
coend.
其中的semaphore和products是预先定义的两个类型，在模拟实现中
semaphore用integer代替，products可用integer或char等代替。
（3）进程控制块PCB。
为了记录进程执行时的情况，以及进程让出处理器后的状态，断点等信息，
每个进程都有一个进程控制块PCB。
在模拟实习中，假设进程控制块的结构如
图3-1。
其中进程的状态有：
运行态、就绪态、等待态和完成态。
当进程处于等待态时，在进程控制块PCB中要说明进程等待原因（在模拟实习中进程等待原因是为等待信号量s1或s2）；
当进程处于等待态或就绪态时，PCB中保留了断点信息，一旦进程再度占有处理器则就从断点位置继续运行；
当进程处于完成状
态，表示进程执行结束。
进程名
状态
等待原因
断点
图3-1进程控制块结构
（4）处理器的模拟。
计算机硬件提供了一组机器指令，处理器的主要职责是解释执行机器指令。
为了模拟生产者和消费者进程的并发执行，我们必须模拟一组指令和处理职能。
模拟的一组指令见图3-2，其中每条指令的功能由一个过程来实现。
用变量
PC来模拟“指令计数器”，假设模拟的指令长度为1，每执行一条模拟指令后，
PC加1，提出下一条指令地址。
使用模拟的指令，可把生产者和消费者进程的程序表示为图3-3的形式。
定义两个一维数组PA[0..4]和SA[0..4]，每一个PA[i]存放生产者程序中的一条模拟指令执行的入口地址；
每个SA[i]存放消费者程序中的一条模拟指令执行的入口地址。
于是模拟处理器执行一条指令的过程为：
取出PC之值，按PA[PC]
或SA[PC]得模拟指令执行的入口地址，将PC之值加1，转向由入口地址确定的相应的过程执行。
模拟的指令功能
p（s）
执行P操作原语
v（s）
执行V操作原语
put
B[IN]:
=product;
=（IN+1）mod10
GET
=（out+1）mod10
produce
输入一个字符放入
C中
consume
打印或显示x中的字符
GOTOL
PC:
=L
NOP空操作
图3-2模拟的处理器指令
序号
生产者程序
消费者程序
p（s）
2
1
PUT
v（s1）
3
v（s2）
4
goto0
图3-3生产者和消费者程序
（5）程序设计
本实习中的程序由三部分组成：
初始化程序、处理器调度程序、模拟处理器
指令执行程序。
各部分程序的功能及相互间的关系由图3-4至图3-7指出。
图3-4初始化流程
图3-5模拟处理器调度
·
初始化程序：
模拟实习的程序从初始化程序入口启动，初始化工作包括对信号量s1、s2赋初值，对生产者、消费者进程的PCB初始化。
初始化后转向处理调度程序，其流程如图3-4。
处理器调度程序：
在计算机系统中，进程并发执行时，任一进程占用处理
器执行完一条指令后就有可能被打断而让出处理器由其它进程运行。
故在模拟系统中也类似处理，每当执行一条模拟的指令后，保护当前进程的现场，让它成为非运行态，由处理器调度程序按随机数再选择一个就绪进程占用处理器运行。
处理器调度程序流程见图3-5。
图3-6模拟处理器指令执行
（a）模拟
P（s）
（b）模拟
V（s）
图3-7
模拟
PV操作的执行
模拟处理器指令执行程序：
按“指令计数器”PC之值执行指定的指令，
且PC加1指向下一条指令。
模拟处理器指令执行程序的流程图见图3-6和图3-7。
另外，为了使得模拟程序有一个结束条件，在图3-6中附加了“生产者运行结束”的条件判断，模拟时可以采用人工选择的方法实现。
图3-7给出了P（s）和V（s）模拟指令执行过程的流程。
其它模拟指令的执行过程已在图3-2中指出。
附录：
代码
#include<
>
#defineNULL0
structspcb
{
charname;
charstate;
charwhy;
intdd;
};
typedefstructspcbpcb;
pcbproducter,consumer,*process,*process1;
ints1,s2,i,j,in,out,pc,m;
chararray[10];
charc,x;
intpa[6],sa[6];
intp（ints）/*p操作原语*/
s=s-1;
if（s<
0）
process->
state='
B'
;
/*B表示阻塞*/
why='
s'
}
else
W'
/*W表示就绪*/
return（s）;
intv（ints）/*v操作原语*/
s=s+1;
=0）
process1->
charRanChar（）
chararr[10]={'
a'
'
b'
c'
d'
e'
f'
g'
h'
i'
j'
returnarr[abs（rand（）%10）];
voidput（）
//printf（"
\npleaseproductanychar!
"
）;
//scanf（"
\n%c"
&
c）;
Sleep（1000）;
array[in]=RanChar（）;
in=（in+1）%10;
printf（"
productacharis%c!
\n"
array[in-1]）;
intk=0;
for（m=0;
m<
10;
m++）
if（array[m]!
='
'
）{printf（"
%c"
array[m]）;
k=k+1;
缓冲池中有%d个产品\n"
k）;
voidget（）
x=array[out];
\n%cgetacharfronbuffer"
x）;
\n"
array[out]='
out=（out+1）%10;
intk=0;
）{
k=k+1;
voidgotol（）
pc=0;
voidnop（）
{;
voiddisp（）/*
建立进程显示函数
用于显示当前进程
*/
\nname\tstate\twhy\tddprintf（"
|%c\t"
process->
name）;
printf（"
state）;
why）;
|%d\t"
dd）;
voidinit（）/*
初始化程序
s1=10;
/*s1表示空缓冲区的数量
s2=0;
/*s2表示满缓冲区的数量
p'
/*对生产者进程初始化*/
=0;
/*对消费者进程初始化*/
for（intk=0;
k<
k++）
array[k]='
voidbornpa（）/*
将生产者程序装入
pa[]中*/
for（i=0;
i<
=3;
i++）
pa[i]=i;
voidbornsa（）/*
将消费者程序装入
sa[]中*/
sa[i]=i;
voiddiaodu（）/*
处理器调度程序
while（=='
）||=='
））
x=rand（）;
/*x随机获得一个数*/
x=x%2;
/*对X取于*/
if（x==0）/*若X等于零，则执行生产者进程，反之执行消费者进程*/
process=&
producter;
/*process表示现行进程，将现行进程置为生产者进程*/process1=&
consumer;
process1=&
pc=process->
dd;
i=pc;
/*此时把PC的值付给I*/
if（（process->
name=='
）&
&
（process->
state=='
j=pa[i];
pc=i+1;
switch（j）
case0:
s1=p（s1）;
dd=pc;
break;
case1:
put（）;
case2:
s2=v（s2）;
case3:
gotol（）;
elseif（（process->
））/*执行消费者进程且该进程处
于就绪状态*/
j=sa[i];
s2=p（s2）;
/*申请资源，若没有申请到则跳转*/
get（）;
s1=v（s1）;
}/*endelse*/
}/*endwhile*/
\nTheprogramisover!
voidmain（）
init（）;
bornpa（）;
bornsa（）;
diaodu（）;
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