操作系統(tǒng)之生產(chǎn)者消費(fèi)者問題(c++實(shí)現(xiàn))

1、操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告專業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)生姓名丁可班級B計(jì)123班學(xué)號1210704314指導(dǎo)教師李先鋒完成日期2015年11月20日信息工程學(xué)院題目：生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題的模擬實(shí)現(xiàn)一、設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)完“操作系統(tǒng)原理”課程后進(jìn)行的一次全面的綜合訓(xùn)練，通過課程設(shè)計(jì)，更好地掌握操作系統(tǒng)的原理及實(shí)現(xiàn)方法，加深對操作系統(tǒng)基礎(chǔ)理論和重要算法的理解，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、概述用進(jìn)程同步方法解決“生產(chǎn)者-消費(fèi)者”問題，C或C+語言實(shí)現(xiàn)。1、設(shè)計(jì)目的通過研究進(jìn)程并發(fā)和信號量機(jī)制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題的并發(fā)控制。2、設(shè)計(jì)要求1）每個(gè)生產(chǎn)者和消費(fèi)者對有界緩沖區(qū)進(jìn)行操作后，即時(shí)顯示有界緩

2、沖區(qū)的全部內(nèi)容，當(dāng)前指針位置和生產(chǎn)者/消費(fèi)者進(jìn)程的標(biāo)識符。說明：有界緩沖區(qū)（提示：有界緩沖區(qū)可用數(shù)組實(shí)現(xiàn)）內(nèi)設(shè)有20個(gè)存儲單元，放入/取出的數(shù)據(jù)項(xiàng)設(shè)定為1-20這20個(gè)整型數(shù)。2）生產(chǎn)者和消費(fèi)者各有兩個(gè)以上。3）多個(gè)生產(chǎn)者或多個(gè)消費(fèi)者之間須有共享對緩沖區(qū)進(jìn)行操作的函數(shù)代碼。2、設(shè)計(jì)原理在同一個(gè)進(jìn)程地址空間內(nèi)執(zhí)行的兩個(gè)線程生產(chǎn)者線程生產(chǎn)物品，然后將物品放置在一個(gè)空緩沖區(qū)中供消費(fèi)者線程消費(fèi)。消費(fèi)者線程從緩沖區(qū)中獲得物品，然后釋放緩沖區(qū)。當(dāng)生產(chǎn)者線程生產(chǎn)物品時(shí)，如果沒有空緩沖區(qū)可用，那么生產(chǎn)者線程必須等待消費(fèi)者線程釋放出一個(gè)空緩沖區(qū)。當(dāng)消費(fèi)者線程消費(fèi)物品時(shí)，如果沒有滿的緩沖區(qū)，那么消費(fèi)者線程將被阻塞

3、，直到新的物品被生產(chǎn)出來。3、詳細(xì)設(shè)計(jì)及編碼定義兩個(gè)信號量HANDLE g_hFullSemaphore;/資源信號量：緩沖區(qū)滿HANDLE g_hEmptySemaphore;/資源信號量：緩沖區(qū)空unsigned short in = 0;/用于記錄生產(chǎn)者的指針位置unsigned short out = 0;/用于記錄消費(fèi)者的指針位置HANDLE g_hMutex;/線程間的互斥信號量生產(chǎn)者進(jìn)程while(TRUE)     生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品;     P(g_hEmptySemaphore)

4、;     P(mutex1)；     產(chǎn)品送往buffer（in）；     in=(in+1)mod n；     V(mutex1);     V(g_hFullSemaphore);     消費(fèi)者進(jìn)程while(TRUE) P(g_hFullSemaphore); &

5、#160; P(mutex2)；   從buffer（out）中取出產(chǎn)品；   out=(out+1)mod n；   V（mutex2）；   V(g_hEmptySemaphore);（算法流程圖、編程及程序注釋等）主要的方法：4、運(yùn)行結(jié)果分析1、運(yùn)行示例在 c+中運(yùn)行源程序 ,程序主界面截圖.按回車及申請資源和緩沖區(qū)進(jìn)行 p 操作和申請互斥(生產(chǎn)者和消費(fèi)者都是2個(gè))（運(yùn)行界面截圖、界面說明、輸入輸出數(shù)據(jù)說明和分析等）附錄代碼：#include <wind

6、ows.h>#include <iostream>const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 20;/有界緩沖區(qū)長度int g_bufferSIZE_OF_BUFFER;/開辟緩沖區(qū)?用數(shù)組表示?可以看成是一個(gè)循環(huán)隊(duì)列unsigned short ProductID = 0;/新生產(chǎn)出來的產(chǎn)品的產(chǎn)品號unsigned short ConsumeID = 0;/被消耗的產(chǎn)品的產(chǎn)品號unsigned short in = 0;/產(chǎn)品進(jìn)緩沖區(qū)時(shí)的緩沖區(qū)下標(biāo)?用于記錄生產(chǎn)者的指針位置unsigned short out = 0;/產(chǎn)品出緩沖區(qū)時(shí)的緩沖區(qū)

7、下標(biāo)?用于記錄消費(fèi)者的指針位置 bool g_continue = 1;/控制程序運(yùn)行：1 表示繼續(xù)運(yùn)行?0 表示停止運(yùn)行HANDLE g_hMutex;/線程間的互斥信號量HANDLE g_hFullSemaphore;/資源信號量：緩沖區(qū)滿HANDLE g_hEmptySemaphore;/資源信號量：緩沖區(qū)空DWORD WINAPI Producer(LPVOID);/生產(chǎn)者線程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID);/消費(fèi)者線程const unsigned short PRODUCERS_COUNT=2;/生產(chǎn)者的個(gè)數(shù)const unsigned short CON

8、SUMERS_COUNT=2;/消費(fèi)者的個(gè)數(shù)const unsigned short THREADS_COUNT=PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;/總線程數(shù)HANDLE hThreadsPRODUCERS_COUNT;/各線程的 handleDWORD producerIDCONSUMERS_COUNT;/生產(chǎn)者線程的標(biāo)識符DWORD consumerIDTHREADS_COUNT;/消費(fèi)者線程的標(biāo)識符/*-程序提示信息開始-*/void info()/程序提示信息std:cout<<"* - - - - - - - - - - - - -

9、 - - - - - - - - - - *"<<std:endl;std:cout<<"| 課程設(shè)計(jì)課題 : 生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題的模擬實(shí)現(xiàn) |"<<std:endl;std:cout<<"| 指 導(dǎo) 老 師 : 李先鋒 |"<<std:endl;std:cout<<"| 學(xué) 生 : 丁可 |"<<std:endl;std:cout<<"| 班 級 : B計(jì)123班 |"<<std:endl;std

10、:cout<<"* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - *"<<std:endl;std:cout<<" =按回車開始該程序 "<<std:endl;getchar();/*-程序提示信息結(jié)束-*/*-生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品開始-*/生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品：輸出其 ID 號void Produce()std:cout<<std:endl;std:cerr<<"生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品: "<<+ProductID;std:cou

11、t<<std:endl;/*-生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品結(jié)束-*/*-把新生產(chǎn)的產(chǎn)品放入緩沖區(qū)開-*/把新生產(chǎn)的產(chǎn)品放入緩沖區(qū)void Append()std:cerr<<"把生產(chǎn)的產(chǎn)品送入緩沖區(qū)"g_bufferin=ProductID;in=(in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std:cerr<<std:endl;std:cout<<"緩沖區(qū) 產(chǎn)品 生產(chǎn)者/消費(fèi)者"<<std:endl;/新產(chǎn)品放入緩沖區(qū)后?輸出緩沖區(qū)當(dāng)前的狀態(tài)for(int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;+i)

12、/輸出緩沖區(qū)下標(biāo)if (i<10)std:cout<<i<<" "<<g_bufferi;elsestd:cout<<i<<" "<<g_bufferi;if(i=in)if(g_bufferi<10)std:cout<<" "elsestd:cout<<" "std:cout<<" <- 生產(chǎn)者"/輸出生產(chǎn)者的指針位置if(i=out)if(g_bufferi<1

13、0)std:cout<<" "elsestd:cout<<" "std:cout<<" <- 消費(fèi)者"/輸出消費(fèi)者的指針位置std:cout<<std:endl;/*-把新生產(chǎn)的產(chǎn)品放入緩沖區(qū)結(jié)-*/*-消費(fèi)一個(gè)產(chǎn)品開始-*/void Consume()/消費(fèi)一個(gè)產(chǎn)品std:cout<<std:endl;std:cerr<<"消費(fèi)一個(gè)產(chǎn)品: "<<ConsumeID;std:cout<<std:endl;/*-消費(fèi)

14、一個(gè)產(chǎn)品結(jié)束-*/*-從緩沖區(qū)中取出一個(gè)產(chǎn)品開始-*/從緩沖區(qū)中取出一個(gè)產(chǎn)品void Take()std:cout<<std:endl;std:cerr<<"從緩沖區(qū)取出一個(gè)產(chǎn)品"ConsumeID=g_bufferout;out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std:cerr<<std:endl;std:cout<<std:endl;std:cout<<"緩沖區(qū) 產(chǎn)品 生產(chǎn)者/消費(fèi)者"<<std:endl;/取出一個(gè)產(chǎn)品后：輸出緩沖區(qū)當(dāng)前的狀態(tài)for(int i=0

15、;i<SIZE_OF_BUFFER;+i)/輸出緩沖區(qū)下標(biāo)if(i<10)std:cout<<i<<" "<<g_bufferi;elsestd:cout<<i<<" "<<g_bufferi;if(i=in)if(g_bufferi<10)std:cout<<" "elsestd:cout<<" "std:cout<<" <- 生產(chǎn)者"/輸出生產(chǎn)者的指針位置if(

16、i=out)if(g_bufferi<10)std:cout<<" "elsestd:cout<<" "std:cout<<" <- 消費(fèi)者"/輸出消費(fèi)者的指針位置std:cout<<std:endl;/*-從緩沖區(qū)中取出一個(gè)產(chǎn)品結(jié)束-*/*-生產(chǎn)者線程開始-*/生產(chǎn)者線程DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara)while(g_continue)/資源信號量的 P 操作WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,I

17、NFINITE);/互斥信號量的 P 操作WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);/生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品Produce();/把新生產(chǎn)的產(chǎn)品放入緩沖區(qū)Append();Sleep(2000);/互斥信號量的 V 操作ReleaseMutex(g_hMutex);/資源信號量的 V 操作ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL);return 0;/*-生產(chǎn)者線程結(jié)束-*/*-消費(fèi)者線程開始-*/消費(fèi)者線程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara)while(g_continue)/資源信號量的

18、 P 操作WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE);/互斥信號量的 P 操作WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);/從緩沖區(qū)中取出一個(gè)產(chǎn)品Take();/消費(fèi)一個(gè)產(chǎn)品Consume();Sleep(2000);/互斥信號量的 V 操作ReleaseMutex(g_hMutex);/資源信號量的 V 操作ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL);return 0;/*-消費(fèi)者線程結(jié)束-*/*-創(chuàng)建生產(chǎn)者線程開始-*/void createPT()/創(chuàng)建生產(chǎn)者線程for(int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;+i)hThreadsi=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerIDi);if(hThreadsi=NULL)g_continue=0;/*-創(chuàng)建生產(chǎn)者線程結(jié)束-*/*-創(chuàng)建消費(fèi)者線程開始-*/void createCT()/創(chuàng)建消費(fèi)者線程for (int j=0;j<CONSUMERS_COUNT;+j)hThrea