操作系統(tǒng)課程設計生產(chǎn)者消費者--精選文檔

1、湖北民族學院信息工程學院11級計算機專業(yè)操作系統(tǒng)課程設計(操作系統(tǒng)課程設計）生產(chǎn)者和消費者學生姓名： 學生學號: 班 級： 0311401、02、03、04班制 二一三年十二月1、 課程題目分析這個題目是生產(chǎn)者向消費者提供商品，消費者消耗商品,并且兩組人共用同一緩沖區(qū)。生產(chǎn)者提供了商品之后消費者才能去取商品，消費者若不取走商品則當緩沖區(qū)用完之后生產(chǎn)者則不能再向緩沖區(qū)中添加新的商品.思考問題:（1） 對于生產(chǎn)者進程：每產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)，則需去訪問共用緩沖區(qū)是否有已滿，未滿則可以將該數(shù)據(jù)存入并通知消費者進程，否則不能。（2） 對于消費者進程:每當想去消費(取出數(shù)據(jù)）時，則需訪問緩沖區(qū)是否為空，為空則不

2、能消費（取出數(shù)據(jù)），否則可以取，并通知生產(chǎn)者。（3） 緩沖區(qū)是個臨界資源,所有的進程對于該空間都是共享的,所以，還有互斥問題存在.2、 課程設計目的通過實驗模擬生產(chǎn)者與消費者之間的關系，了解并掌握他們之間的關系及原理。由此增加對進程同步問題的了解：（1） 掌握基本的同步互斥算法，理解生產(chǎn)者與消費者模型（2） 了解windows中多線程（多進程)的并發(fā)執(zhí)行機制，線程（進程)間的同步于互斥（3） 學習使用windows中基本的同步對象，掌握相應的API.3、 課程設計內(nèi)容有n個生產(chǎn)者和m個消費者，連接在具有k個單位緩沖區(qū)的有界環(huán)轉(zhuǎn)緩沖上，故又稱有界緩沖問題。其中Pi和Cj都是并發(fā)進程，只要緩沖區(qū)未

3、滿，生產(chǎn)者進程Pi所生產(chǎn)的產(chǎn)品就可投入緩沖區(qū)；類似地，只要緩沖區(qū)非空，消費者進程Cj就可以從緩沖區(qū)取走并消耗產(chǎn)品。4、 開發(fā)環(huán)境操作系統(tǒng)：Windows系統(tǒng)編寫語言：C+語言5、 系統(tǒng)分析設計（1） 算法原理生產(chǎn)者-消費者問題是典型的進程同步問題,這些進程必須按照一定的生產(chǎn)率和消費率來訪問共享緩沖區(qū)，用P、V操作解決生產(chǎn)者和消費者共享單緩沖區(qū)的問題，可設置兩個信號量empty和full，其初值分別為1和0，empty指示能否向緩沖區(qū)放入產(chǎn)品，full指示能否從緩沖區(qū)取出產(chǎn)品。為了使其協(xié)調(diào)工作,必須使用一個信號量mutex（初值為1），以限制生產(chǎn)者和消費者互斥地對緩沖區(qū)進行存取，另用兩個信號量e

4、mpty1（初值為緩沖區(qū)大小）和full1（初值為0），以保證生產(chǎn)者不向已滿的緩沖區(qū)中放入產(chǎn)品，消費者不從空緩沖區(qū)中取產(chǎn)品。（2） 功能描述生產(chǎn)者功能描述:在同一個進程地址空間內(nèi)執(zhí)行兩個線程.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).消費者功能描述：消費者線程從緩沖區(qū)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） 算法流程圖生產(chǎn)者流程圖： 消費者流程圖：總的流程圖：(4) 數(shù)據(jù)結構及部分函數(shù)描述

5、（1)類SeqSquare：對類SeqSquare的聲明及其中一些函數(shù)class SeqSquarepublic:SeqSquare（int n);SeqSquare（)；void P(int x）； /p操作void V(int x）; /v操作bool IsEmpty（)； /判斷是否為空bool IsFull（)； /判斷是否已滿void deca()；void decb（）;int getSize（);int getmaxSize(）;int gettop（）；int geta(）;int getb（)；protected:private：int *elements;int top，a

6、，b,maxSize；說明：用動態(tài)整型數(shù)組elements來代表緩沖區(qū),不管是生產(chǎn)產(chǎn)品還是對已有產(chǎn)品的消費都需要訪問該緩沖區(qū).函數(shù)IsFull（）用于判斷緩沖區(qū)是否已滿，生產(chǎn)者能否使用緩沖區(qū)。函數(shù)IsEmpty（）用于判斷緩沖區(qū)是否為空,消費者能否使用緩沖區(qū)。（2） 生產(chǎn)者和消費者操作及顯示函數(shù)showbuf：void producer(SeqSquare *a) /生產(chǎn)者操作aP(1);void consumer(SeqSquare a） /消費者操作 a>V(1); /緩沖區(qū)顯示void showbuf（SeqSquare *a)int i=a>getSize(）;（3） 在實

7、現(xiàn)本程序的生產(chǎn)者消費者模型時，具體地通過以下同步對象實現(xiàn)互斥:設一個互斥量Mutex,以實現(xiàn)生產(chǎn)者在查詢和保留緩沖區(qū)的下一個空位置時進行互斥。每一個生產(chǎn)者用一個信號量與消費者同步,通過設置Full實現(xiàn)，該組信號量用于表示相應產(chǎn)品以生產(chǎn).同時用一個表示空緩沖區(qū)數(shù)目的信號量Empty進行類似的同步，指示緩沖區(qū)中是否存在空位置，以便開始生產(chǎn)下一個產(chǎn)品.（4） 調(diào)試過程為解決生產(chǎn)者、消費者問題，應該設置兩個資源信號量，其中一個表示空緩沖區(qū)的數(shù)目，用Full表示，其初值為用戶輸入的緩沖區(qū)的大小，另一個表示緩沖區(qū)中產(chǎn)品的數(shù)目，用Empty表示，其初值為0.另外,由于緩沖區(qū)是一個臨界資源，必須互斥使用，所以

8、還需要再設置一個互斥信號量Mutex，其初值為1。在生產(chǎn)者、消費者問題中,信號量實現(xiàn)兩種功能.首先，他是生產(chǎn)產(chǎn)品和消費產(chǎn)品的計數(shù)器，計數(shù)器的初值是可使用的資源數(shù)目(緩沖區(qū)的長度)。其次，他是確保產(chǎn)品的生產(chǎn)者和消費者之間的動作同步的同步器。生產(chǎn)者要生產(chǎn)一個產(chǎn)品時，首先對資源信號量Full和互斥信號量Mutex進行P操作，申請資源。如果可以通過的話,就生產(chǎn)一個產(chǎn)品，并把產(chǎn)品送人緩沖區(qū)。然后對互斥信號量Mutex和資源信號量Empty進行V操作，釋放資源.消費者要消費一個產(chǎn)品時，首先對資源信號量Empty和互斥信號量Mutex進行P操作,申請資源。如果可以通過的話就從緩沖區(qū)取出一個產(chǎn)品并消費掉。然后

9、對互斥信號量Mutex和資源信號量Full進行V操作，釋放資源。如果緩沖區(qū)中已經(jīng)沒有可用資源,就把申請資源的進程添加到等待隊列的隊尾。如果有一個資源被釋放,在等待隊列中的第一個進程被喚醒并取得這個資源的使用權。（5） 參考資料操作系統(tǒng)教程 孫鐘秀 高等教育出版社C+程序設計 譚浩強 高等教育出版社6、 運行實例及結果分析（1） 運行實例緩沖區(qū)大小為3，先生產(chǎn)一件產(chǎn)品，顯示緩沖區(qū)，再接著生產(chǎn)一件產(chǎn)品,消耗一件產(chǎn)品,顯示緩沖區(qū)，在消耗兩件產(chǎn)品,再生產(chǎn)4件產(chǎn)品,改變緩沖區(qū)的大小為6，顯示緩沖區(qū),選擇一個未出現(xiàn)的選項，退出程序。（2） 結果顯示（3） 結果分析（1） 在每個程序中需要先做P，后做V，二

10、者要成對出現(xiàn),夾在二者中間的代碼段就是該進程的臨界區(qū)。（2） 對同步信號量full和empty的P，V操作同樣必須成對出現(xiàn)，但它們分別位于不同的程序中.（3)無論在生產(chǎn)者進程中還是消費者進程中，兩個P操作的次序不能顛倒：應先執(zhí)行同步信號量的P操作，然后執(zhí)行互斥信號量的P操作。否則可能造成進程死鎖。七、個人體驗雖然我也很想用java語言寫這個程序，但是由于自己學藝不精,所以只能用C+寫.通過這個實驗我發(fā)現(xiàn)我以前有很多知識都忘記了，重新拿起課本學習時發(fā)現(xiàn)原來很多不懂得問題都有了新的認識,有一種豁然開朗的感覺。也為我考研開了一個好的開頭。我認為我完成的這個設計做的比較出色的地方是對C+語言中類以及數(shù)

11、組的運用，其實這里我對數(shù)組的操作是按照“先進先出"的方法進行運作的，這是參考了棧的工作原理,因為緩沖區(qū)一般也是堆棧,比較符合設計要求。這次實驗中我感覺做的很粗糙，自己所想的模擬過程的確得到實現(xiàn)了，但是感覺靈活性不太高，思考還不過全面,應該以后多注意一下,多考慮考慮才是.在這次實驗中我重新將C+程序設計和數(shù)據(jù)結構的幾個重要章節(jié)復習了一遍,對類、數(shù)組、C+的I/O流類庫以及堆棧的語句格式、注意細節(jié)都再一次熟悉,感覺蠻有趣的。不過，在編程過程中許多語句的小問題還真是出現(xiàn)不少，而且感覺自己對C+強大豐富的語句方法用得太呆板，不夠靈活，總是想到那些常用的，而忽略了顆粒讓語句更簡短的方法,以后要

12、多多注意才是.8、 附錄/ 生產(chǎn)者消費者1。cpp : Defines the entry point for the console application。/include ”stdafx。h”#include ”iostream"using namespace std；class SeqSquarepublic:SeqSquare(int n);SeqSquare（);void P（int x); /p操作void V（int x）; /v操作bool IsEmpty（); /判斷是否為空bool IsFull（); /判斷是否已滿void deca（);void decb()

13、;int getSize（)；int getmaxSize();int gettop(）;int geta（);int getb（）；protected:private：int elements;int top,a，b，maxSize；bool SeqSquare:IsEmpty（） /判斷是否為空return（top=-1)?true：false；bool SeqSquare：:IsFull() /判斷是否已滿return(top=maxSize-1）？true：false；void SeqSquare:：deca()a-;void SeqSquare:decb（)b-;int SeqSqu

14、are:：getSize(）return top+1;int SeqSquare:：getmaxSize（)return maxSize；int SeqSquare：gettop（）return top；int SeqSquare：:geta（)return a；int SeqSquare:：getb(）return b;SeqSquare：:SeqSquare（int n)top =-1;a = b =0；maxSize = n;elements = new intmaxSize；void SeqSquare：:P（int x）if（IsFull（）=true)a=a+1;elseeleme

15、nts+top = x;void SeqSquare:V（int x)if(IsEmpty（)=true)b = b+1；elsex = elementstop-;void producer(SeqSquare a) /生產(chǎn)者操作a->P(1）;void consumer（SeqSquare *a) /消費者操作 a>V(1)； SeqSquare:SeqSquare(）delete elements; /緩沖區(qū)顯示void showbuf（SeqSquare *a）int i=agetSize(）；int main()int i，n；cout<<”請輸入緩沖區(qū)大小:&

16、quot;<endl；cin>n；SeqSquare s;s = new SeqSquare（n);while(i！=4) cout"請選擇操作: ”<<endl;cout"1。生產(chǎn)一件產(chǎn)品；2.消費一件產(chǎn)品"endl；cout"3。顯示緩沖區(qū)； 4。退出系統(tǒng). "<endl；cout”5。需要改變緩沖區(qū)大??！ "<endl;cin>>i;switch（i）case 1：producer(s);if （s->geta（）=0)coutendl<”成功生產(chǎn)一件商品！"

17、endl<endl;elsecout<<endl”沒有空間供生產(chǎn)者生產(chǎn)！"<endl<<endl;sdeca（)；break；case 2：consumer(s）;if （s>getb()=0）cout<endl<<"成功消費一件商品!"<endlendl;elsecoutendl”沒有產(chǎn)品供消費者消費！"<endl<endl；break；case 3:showbuf(s);cout<endl<"緩沖區(qū)已占用:”<<s-getSize(）<" ”<"可用空間為:”<(nsgetSize()endlendl；bre