操作系統(tǒng)課程設(shè)計報告生產(chǎn)者與消費者算法的實現(xiàn)

1、操作系統(tǒng)課程設(shè)計報告生產(chǎn)者與消費者算法的實現(xiàn)課程名稱：計算機操作系統(tǒng)課程設(shè)計小組成員：班 級：時 間：2010-10-188 / 10文檔可自由編輯打印目錄1 課設(shè)簡介：11.1課程設(shè)計題目11.2課程設(shè)計小組成員11.3小組成員任務(wù)分配情況及每人所占工作比例12生產(chǎn)者和消費者原理分析13 生產(chǎn)者與消費者功能描述：14 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析25 生產(chǎn)者與消費者實現(xiàn)代碼26心得體會7參考文獻：7相關(guān)工具：8致謝：81 課設(shè)簡介：1.1課程設(shè)計題目生產(chǎn)者與消費者算法的實現(xiàn)1.2課程設(shè)計小組成員張洋、巢蕾、段敏1.3小組成員任務(wù)分配情況及每人所占工作比例張 洋 負責(zé)：分析設(shè)計消費一個產(chǎn)品方法和主方法并且畫出

2、流程圖，后期組織組內(nèi)成員成果匯總進行本組總體報告撰寫。巢 蕾 負責(zé)：分析設(shè)計生產(chǎn)者的行為方法和消費者的行為方法，并且畫出流程圖段 敏 負責(zé)：分析設(shè)計生產(chǎn)產(chǎn)品的方法和把新生產(chǎn)的產(chǎn)品放入緩沖區(qū)，并且畫出流程圖。2 生產(chǎn)者和消費者原理分析 在同一個進程地址空間內(nèi)執(zhí)行的兩個線程。生產(chǎn)者線程生產(chǎn)物品，然后將物品放置在一個空緩沖區(qū)中供消費者線程消費。消費者線程從緩沖區(qū)中獲得物品，然后釋放緩沖區(qū)。當生產(chǎn)者線程生產(chǎn)物品時，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者線程釋放出一個空緩沖區(qū)。當消費者線程消費物品時，如果沒有滿的緩沖區(qū)，那么消費者線程將被阻塞，直到新的物品被生產(chǎn)出來。3 生產(chǎn)者與消費者功能描

3、述：3.1生產(chǎn)者功能描述 在同一個進程地址空間內(nèi)執(zhí)行的兩個線程。生產(chǎn)者線程生產(chǎn)物品，然后將物品放置在一個空緩沖區(qū)中供消費者線程消費。當生產(chǎn)者線程生產(chǎn)物品時，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者線程釋放出一個空緩沖區(qū)。3.2消費者功能描述消費者線程從緩沖區(qū)中獲得物品，然后釋放緩沖區(qū)。當消費者線程消費物品時，如果沒有滿的緩沖區(qū)，那么消費者線程將被阻塞，直到新的物品被生產(chǎn)出來。3.3程序結(jié)構(gòu)圖：4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析生產(chǎn)者與消費者實現(xiàn)：這其中主要是通過多線程，來實現(xiàn)生產(chǎn)者和消費者之間的協(xié)調(diào)問題。生產(chǎn)者(producer)消費者(consumer)：通過一些記錄性變量，來記錄模擬實現(xiàn)生產(chǎn)者的行

4、為，通過輸入語句的提示程序采用OO設(shè)計模式，緩存區(qū)采用數(shù)組結(jié)構(gòu)存儲。5 生產(chǎn)者與消費者實現(xiàn)代碼#include <windows.h>#include <iostream>const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 10; /緩沖區(qū)長度unsigned short ProductID = 0; /產(chǎn)品號unsigned short ConsumeID = 0; /將被消耗的產(chǎn)品號unsigned short in = 0; /產(chǎn)品進緩沖區(qū)時的緩沖區(qū)下標unsigned short out = 0; /產(chǎn)品出緩沖區(qū)時的緩沖區(qū)下標int g_

5、bufferSIZE_OF_BUFFER; /緩沖區(qū)是個循環(huán)隊列bool g_continue = true; /控制程序結(jié)束HANDLE g_hMutex; /用于線程間的互斥HANDLE g_hFullSemaphore; /當緩沖區(qū)滿時迫使生產(chǎn)者等待HANDLE g_hEmptySemaphore; /當緩沖區(qū)空時迫使消費者等待DWORD WINAPI Producer(LPVOID); /生產(chǎn)者線程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); /消費者線程int main() /創(chuàng)建各個互斥信號 g_hMutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NUL

6、L); g_hFullSemaphore = CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL); g_hEmptySemaphore = CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL); /調(diào)整下面的數(shù)值，可以發(fā)現(xiàn)，當生產(chǎn)者個數(shù)多于消費者個數(shù)時， /生產(chǎn)速度快，生產(chǎn)者經(jīng)常等待消費者；反之，消費者經(jīng)常等待 const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3; /生產(chǎn)者的個數(shù) const unsigned short CONSUMERS_COUNT =

7、1; /消費者的個數(shù) /總的線程數(shù) const unsigned short THREADS_COUNT = PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT; HANDLE hThreadsPRODUCERS_COUNT; /各線程的handle DWORD producerIDCONSUMERS_COUNT; /生產(chǎn)者線程的標識符 DWORD consumerIDTHREADS_COUNT; /消費者線程的標識符 /創(chuàng)建生產(chǎn)者線程 for (int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;+i) hThreadsi=CreateThread(NULL,0,Produ

8、cer,NULL,0,&producerIDi); if (hThreadsi=NULL) return -1; /創(chuàng)建消費者線程 for (i=0;i<CONSUMERS_COUNT;+i) hThreadsPRODUCERS_COUNT+i=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerIDi); if (hThreadsi=NULL) return -1; while(g_continue) if(getchar() /按回車后終止程序運行 g_continue = false; return 0;/生產(chǎn)一個產(chǎn)品。簡單模擬

9、了一下，僅輸出新產(chǎn)品的ID號void Produce() std:cerr << "Producing " << +ProductID << " . " std:cerr << "Succeed" << std:endl;/把新生產(chǎn)的產(chǎn)品放入緩沖區(qū)void Append() std:cerr << "Appending a product . " g_bufferin = ProductID; in = (in+1)%SIZE_OF_BUFFE

10、R; std:cerr << "Succeed" << std:endl; /輸出緩沖區(qū)當前的狀態(tài) for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;+i) std:cout << i <<": " << g_bufferi; if (i=in) std:cout << " <- 生產(chǎn)" if (i=out) std:cout << " <- 消費" std:cout << std:endl;

11、 /從緩沖區(qū)中取出一個產(chǎn)品void Take() std:cerr << "Taking a product . " ConsumeID = g_bufferout; out = (out+1)%SIZE_OF_BUFFER; std:cerr << "Succeed" << std:endl; /輸出緩沖區(qū)當前的狀態(tài) for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;+i) std:cout << i <<": " << g_bufferi; i

12、f (i=in) std:cout << " <- 生產(chǎn)" if (i=out) std:cout << " <- 消費" std:cout << std:endl; /消耗一個產(chǎn)品void Consume() std:cerr << "Consuming " << ConsumeID << " . " std:cerr << "Succeed" << std:endl;/生產(chǎn)者DWORD

13、 WINAPI Producer(LPVOID lpPara) while(g_continue) WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE); Produce(); Append(); Sleep(1500); ReleaseMutex(g_hMutex); ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL); return 0;/消費者DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara) while(g_co

14、ntinue) WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE); Take(); Consume(); Sleep(1500); ReleaseMutex(g_hMutex); ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL); return 0; /* 一個消費者三個生產(chǎn)者：/* 三個生產(chǎn)者三個消費者/*三個消費者一個生產(chǎn)者/*三個生產(chǎn)者四個消費者6 心得體會本次課程設(shè)是關(guān)于生產(chǎn)者與消費者之間互斥和同步的問題。問題的實質(zhì)是P、V操作，實驗設(shè)一個共享緩沖區(qū)，生產(chǎn)者和消費者互斥的使用，當一個線程使用緩沖區(qū)的時候，另一個讓其等待直到前一個線程釋放緩沖區(qū)為止。 生產(chǎn)者與消費者是一個與現(xiàn)實有關(guān)的經(jīng)典問題，與“和尚挑水”問題的原理相同，通過此原理舉一反三可以解決其他類似的問題。 通過本課程設(shè)計，我們對操作系統(tǒng)的p、v進一步的認識，深入的了解p、v操作的實質(zhì)和其重要性。課本的理論知識進一步闡述了現(xiàn)實中的實際問題。 實驗中，我們小組分工合作，共同學(xué)習(xí)，雖然在課程設(shè)計中遇到了一些問題，但在老師和同學(xué)的細心指導(dǎo)和熱心幫助下解決了。同時，了解到團隊精神的重要性，也為以后