Python编程实验-使用SimPy模拟简单“生产者-消费者”模型

描述

使用基于Python的SimPy仿真工具,实现《操作系统原理》课程中较为简单的进程同步问题——“生产者-消费者”模型

准备工作

  1. Python:2.7版本以上即可
  2. SimPy:本实验基于2.3.1版本
pip install SimPy==2.3.1
  1. 学习SimPy中 yield waituntil 语法

参考程序

import SimPy.Simulation as Simulation
import random

ls=[]
#本程序模拟了一个进程同步问题,“生产者-消费者”问题。一个生产者往ls中送产品,一个消费者从ls中取出产品
class Consumer(Simulation.Process):
    def __init__(self,name):
        Simulation.Process.__init__(self, name=name)

    def Get(self):
        def have_goods():
            return len(ls)>0
        while True:
            yield Simulation.waituntil,self,have_goods
            use_Time=random.randint(3,5)
            print("[Consumer]\tNow {0} Get Elements {1},will use {2} seconds".format(\
                Simulation.now(),ls.pop(0),use_Time))
            yield Simulation.hold,self,use_Time

class Producer(Simulation.Process):
    def __init__(self,name,maxProduceAmount=5,maxQueueLength=3):
        Simulation.Process.__init__(self, name=name)
        self.maxProduceAmount=maxProduceAmount
        self.maxQueueLength=maxQueueLength
    def Put(self):
        i=0
        def have_empty():
            return self.maxQueueLength-len(ls)>0
        while i<=self.maxProduceAmount:
            yield Simulation.waituntil,self,have_empty
            produce_next_Time=random.randint(1,2)
            if i+1>self.maxProduceAmount:
                print("[Producer]\tNow {0} Put Elements {1}".format( \
                    Simulation.now(), i))
            else:
                print("[Producer]\tNow {0} Put Elements {1},then {2} seconds later will put {3}".format(\
                Simulation.now(), i,produce_next_Time,i+1))
            ls.append(i)
            i+=1
            yield Simulation.hold,self,produce_next_Time

Simulation.initialize()
Sim_util=200
pro=Producer(name="pro")
Simulation.activate(pro,pro.Put(),at=0.0)
cus=Consumer(name="cus")

Simulation.activate(cus,cus.Get(),at=0.0)
Simulation.simulate(until=Sim_util)
print("Programe End At:{0}".format(Simulation.now()))

程序运行结果

[Producer] Now 0 Put Elements 0,then 1 seconds later will put 1
[Consumer] Now 0 Get Elements 0,will use 4 seconds
[Producer] Now 1 Put Elements 1,then 1 seconds later will put 2
[Producer] Now 2 Put Elements 2,then 1 seconds later will put 3
[Producer] Now 3 Put Elements 3,then 2 seconds later will put 4
[Consumer] Now 4 Get Elements 1,will use 3 seconds
[Producer] Now 5 Put Elements 4,then 2 seconds later will put 5
[Consumer] Now 7 Get Elements 2,will use 5 seconds
[Producer] Now 7 Put Elements 5
[Consumer] Now 12 Get Elements 3,will use 3 seconds
[Consumer] Now 15 Get Elements 4,will use 4 seconds
[Consumer] Now 19 Get Elements 5,will use 3 seconds
Programe End At:22

一、 课程设计目的 在多道程序环境下,进程同步问题十分重要,通过解决“生产者-消费者问题,可以帮助我们更好理解进程同步的概念及实现方法。掌握线程创建和终止的方法,加深对线程和进程概念的理解,会用同步与互斥方法实现线程之间的进行操作。 在学习操作系统课程的基础上,通过实践加深对进程同步的认识,同时,可以提高运用操作系统知识解决实际问题的能力;锻炼实际的编程能力、创新能力及团队组织、协作开发软件的能力;还能提高调查研究、查阅技术文献、资料以及编写软件设计文档的能力。 二、 课程设计内容 模拟仿真“生产者-消费者问题的解决过程及方法。 三、 系统分析与设计 1、 系统分析 在OS中引入进程后,虽然提高了资源的利用率和系统的吞吐量,但由于进程的异步性,也会给系统造成混乱,尤其是在他们争用临界资源时。为了对多个相关进程在执行次序上进行协调,以使并发执行的诸程序之间能有效地共享资源和相互合作,使程序的执行具有可再现性,所以引入了进程同步的概念。信号量机制是一种卓有成效的进程同步工具。 在生产者---消费者问题中应注意(信号量名称以多个生产者和多个消费者中的为例):首先,在每个程序中用于互斥的wait(mutex)和signal(mutex)必须成对出现;其次,对资源信号量empty和full的wait和signal操作,同样需要成对地出现,但它们分别处于不同的程序中。生产者消费者进程共享一个大小固定的缓冲区。其中,一个或多个生产者生产数据,并将生产的数据存入缓冲区,并有一个或多个消费者从缓冲区中取数据。 2、 系统设计: 系统的设计必须要体现进程之间的同步关系,所以本系统采用2个生产者、2个消费者 和20个缓冲区的框架体系设计。为了更能体现该系统进程之间的同步关系,系统的生产者消费者的速度应该可控,以更好更明显的表现出结果。 为了使本系统以更加简单、直观的形式把“消费者-生产者问题表现出来,我选择了使 用可视化界面编程
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