操作系统生产者与消费者问题代码实现

问题分析：

①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。

流程图：

生产者：

消费者：

伪代码：

mutex,full,empty:semaphore
mutex :=1;
full:=0;
empty:=n;生产者P：
Wait(empty);
Wait(mutex);
Buffer(in)=nextp;
in:=(in+1) mod n;
Signal(mutex);
Signal(full);消费者C:
Wait(full);
Wait(mutex);
netxc=buffer(out);
out:=(out+1) mod n;
Signal(mutex);
Signal(empty);

源码：

#include<Windows.h>
#include<stdio.h>
#include<conio.h>
#include<fstream>
#include<iostream>
using namespace std;
#define sleep(n) Sleep(n*1000)
const int MAX_NUM = 10; //定义产品数
struct ThreadInfo
{int tid;    //线程IDchar role;  //扮演角色double delay; //线程延迟double persist; //线程读写操作持续时间
};
HANDLE Empty;  //局部临界资源
HANDLE Full;
CRITICAL_SECTION P_mutex;  //全局临界资源int in = 0; //第一个资源
int out = 0;  //最后一个资源
int buffer[MAX_NUM] = {}; //缓冲区
int current = 0; //生产者进程
void ProducerThread(void *p)
{DWORD m_delay; //延迟时间 DWORD m_persist; //持续时间 DWORD wait_for_empty;int m_id;   //id //从参数中获得信息 m_delay = ((ThreadInfo*)(p))->delay;m_persist = ((ThreadInfo*)(p))->persist;m_id = ((ThreadInfo*)(p))->tid;sleep(m_delay);  //让线程休眠时间==延迟时间 printf("Producer %d sents the producing require !\n", m_id);    //生产者发送生产请求 wait_for_empty = WaitForSingleObject(Empty, -1);   EnterCriticalSection(&P_mutex); //进入临界区printf("Producer %d begins to produce product !\n", m_id);buffer[in] = current++;   //生产产品 in = (in + 1) % MAX_NUM;sleep(m_persist);printf("Producer %d finished producing !\n", m_id); //生产者完成操作ReleaseSemaphore(Full, 1, NULL);   //V（full） printf("缓冲区+1\n");LeaveCriticalSection(&P_mutex);    //V（mutex） printf("Producer %d releases the power !\n", m_id);
}
//消费者进程
void ConsumerThread(void *p)
{DWORD m_delay; //延迟时间 DWORD m_persist; //持续时间 DWORD wait_for_full_mutex;int m_id;  //id //从参数中获得信息 m_delay = ((ThreadInfo*)(p))->delay;m_persist = ((ThreadInfo*)(p))->persist;m_id = ((ThreadInfo*)(p))->tid;sleep(m_delay);  //让线程休眠时间==延迟时间 printf("Comsumer %d sents the consuming require !\n", m_id);    //消费者发送消费请求 WaitForSingleObject(Full, -1);  //P(full);EnterCriticalSection(&P_mutex);   //P（mutex） printf("Consumer %d begins to consume product !\n", m_id);buffer[out] = -1; //进行消费 out = (out + 1) % MAX_NUM;current--;sleep(m_persist);printf("Consumer %d finished consuming !\n", m_id); //消费者完成消费操作 ReleaseSemaphore(Empty, 1, NULL);   //V（empty） printf("缓冲区-1\n");LeaveCriticalSection(&P_mutex);    //（mutex） printf("Comsumer %d releases the power\n", m_id);
}
int main(void)
{system("color 3f"); //改变颜色DWORD n_thread = 0;  //线程数目DWORD thread_ID;     //线程IDHANDLE h_thread[20];  //线程对象数组ThreadInfo thread_info[20];//初始化同步对象Full = CreateSemaphore(NULL, 0, MAX_NUM, "mutex_for_full");Empty = CreateSemaphore(NULL, MAX_NUM, MAX_NUM, "mutex_for_empty");InitializeCriticalSection(&P_mutex);//读取输入文件ifstream inFile;inFile.open("test2.txt");if (!inFile) {printf("error in open file !\n");return -1;}cout << "Producer and Consumer:" << endl;while (inFile){inFile >> thread_info[n_thread].tid;inFile >> thread_info[n_thread].role;inFile >> thread_info[n_thread].delay;inFile >> thread_info[n_thread++].persist;inFile.get();}for (int i = 0; i < (int)(n_thread); i++){if (thread_info[i].role == 'P'){//创建读者进程h_thread[i] = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)(ProducerThread), &thread_info[i], 0, &thread_ID);}else if (thread_info[i].role == 'C'){//创建写线程 h_thread[i] = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)(ConsumerThread), &thread_info[i], 0, &thread_ID);}}//等待所有的线程结束 DWORD wait_for_all = WaitForMultipleObjects(n_thread, h_thread, TRUE, -1);CloseHandle(Full);CloseHandle(Empty);cout << "All producer and consumer have finished operating !" << endl;_getch();return 0;
}

test.txt内容：

1 P 3 5
2 C 4 5
3 P 5 2
4 P 6 5
5 C 5.1 3

结果：

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