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 开 始 生产产品 Wait empty ≤ 0 Y N Wait 缓冲区内已满， 已无 可用缓冲区 N Mutex=1 Y 缓冲区正被其他 程占用 进 存入缓冲区 empty = empty- 1 Signal Signal (full) 结 束
(2) 消费者
开 始 Wait (full) 消费请求 full ≤ 0 Y N Wait 缓冲区内产品已空， 不能进行消费 N Mutex=1 Y 消 费 缓冲区正被其他 程占用 进 full = full - 1 Signal Signal 结 束
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; = "1"; = "0"; = "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 = "0"; = true;// 启动消费者消费缓冲区产品 } else { (" 缓冲区被占用，请等待。。。
", " 信息提 "; } } else { (" 缓冲区为空，不能消费 !", " 信息提示 ", ; } } // 生产者向缓冲区中存入一个产品 private void producer_Click(object sender, EventArgs e) {
count1 = count1 + if (empty > 0) { 1;
//
// 生产一个产品
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 = "0";
(); // 启动生产者将产品放入缓冲区 } else { // 不能进入临界区 count1 = count1 - 1; (" 缓冲区被占用，请等待。。。
", " 信息提示 ", ; } } else { (" 缓冲区已满 !", " 信息提示 ", ; // 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: = true; break; case 2: = true; break; case 3: = true; break; case 4: = true; break; case 5: = true; break; } = " 生产者进程占用缓冲区，请等待。。。。
"; bool1 = false; } else { switch (count1) { case 1: = false; break; case 2: = false; break; case 3: = false; break; case 4: = false; break; case 5: = false; break; } = " 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 i = 0; = false; mutex = 1; = "1"; switch (count1) { case 1: = true; break; case 2: = true; break; case 3: = true; break; case 4: = true; break; case 5: = true; break; } full = full + 1; = (); empty = empty - 1; = (); = " 生产结束 !"; } } // 消费者 private void timer_consumer_Tick(object sender, EventArgs e) { if(bool1){ switch(count1){ case 1: = true; break; case 2: = true; break; case 3: = true; break; case 4: = true; break; case 5: = true; break; } = " 消费者进程占用缓冲区，请等待。。。。
"; bool1 =false; } else{ switch(count1){ case 1: = false; break; case 2: = false; break; case 3: = false; break; case 4: = false; break; case 5: = false; break; } = " 消费者进程占用缓冲区，请等待。。。。
"; bool1= true; }
i = i + 1; if(i==5){ i = 0; = false; mutex = 1; = "1"; switch(count1){ case 1: = false; break; case 2: = false; break; case 3: = false; break; case 4: = false; break; case 5: = false; break; } count1 = count1 - 1; full = full - 1; = (); empty = empty+1; =(); =" 消费结束！
"; } 3、运行界面和运行结果 一般情况下，点一次生产者按纽， mutex 由 1 变为 0，缓冲区呈现闪烁状态（表示正在存储）
， 此时不可以再进行缓冲区操作，否则将显示“生产者进程正在占用缓冲区，请等待” 。闪烁约秒后， mutex 由 0 变为 1，闪烁停止，表示存储过程结束；点一次消费者按纽， mutex 由 1 变为 0，缓冲区呈现闪烁状态（表示正在消费）
，此时不可以再进行缓冲区操作，否则将显示“消费者进程正在占用缓 冲区，请等待” 。闪烁约秒后， mutex 由 0 变为 1，闪烁停止，表示消费过程结束。缓冲池满后，若再点生产者按纽，会给出信息提示：
“缓冲区已满 ! ”。
缓冲池空后，若再点消费者按纽，也会给出信息提示：
“缓冲区为空，不能消费 ! ” 。
在存储状态或消费状态（闪烁状态）
，无论是点生产者按纽还是消费者按纽都会给出“缓冲区被占用，请等待。。”信息提示。
七、心得体会
本次实验是关于生产者与消费者之间互斥和同步的问题。问题的是指是 P、V 操作，实验设一个共享缓冲区，生产者和消费者互斥的使用，当一个线程使用缓冲区的时候，另一个让其等待直到前一 个线程释放缓冲区为止。
生产者与消费者是一个与现实有关的经验问题， 通过此原理举一反三可以解决其他类似的问题。
通过本实验设计，我们对操作系统的 P、V 进一步的认识，深入的了解 P、V 操作的实质和其重 要性。课本的理论知识进一步阐述了现实中的实际问题。
实验中，我们小组分工合作，共同学习，虽然在实验中遇到了一些问题，但在老师和同学的细心指导和热心帮助下解决了。同时，了解到团队精神的重要性，也为以后的学习和工作打下了坚实的基础，同时积累了宝贵的经验。