文档介绍：.
操作系统实验报告
——生产者和消费者问题
XX ：学号：班级：
一、实验内容
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、实验目的
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、实验题目
在 Windows 操作系统下用 C 语言实现经典同步问题：生产者 —消费者，具体要求如下：
一个大小为 10 的缓冲区，初始状态为空。
2 个生产者，随机等待一段时间，往缓冲区中添加数据，假设缓冲区已满，等待消费者取走数据之后再添加，重复 10 次。
2 个消费者，随机等待一段时间，从缓冲区中读取数据，假设缓冲区为空，等待生产者添加数据之后再读取，重复 10 次。
四、思想
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，
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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，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，而消费者那么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展操作，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，那么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，那么必须等待生产者进程写入数据才能读取数据。
在本实验中，进程之间要进展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，也把进程间控制在本实验中，进程之间要进展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。
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? 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展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为高级通信。
? 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系统。
? 管道通信系统
向管道提供输入的发送进程，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展通信的，故称为管道通信。
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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 文件进展读或写操作时，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，才能进展管道通信，否那么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展进程之间的通信，设置两个信号量，空的信号量和满的信号量。在 Windows 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