操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告生產(chǎn)者與消費(fèi)者算法的實(shí)現(xiàn)

1、操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告生產(chǎn)者與消費(fèi)者算法的實(shí)現(xiàn)課程名稱：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)小組成員：班 級(jí)：時(shí) 間：2010-10-18目錄1 課設(shè)簡(jiǎn)介：11.1課程設(shè)計(jì)題目11.2課程設(shè)計(jì)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(fèi)者原理分析13 生產(chǎn)者與消費(fèi)者功能描述：14 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析25 生產(chǎn)者與消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)代碼26心得體會(huì)7參考文獻(xiàn)：7相關(guān)工具：8致謝：8操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)生產(chǎn)者與消費(fèi)者算法實(shí)現(xiàn)1 課設(shè)簡(jiǎn)介：1.1課程設(shè)計(jì)題目生產(chǎn)者與消費(fèi)者算法的實(shí)現(xiàn)1.2課程設(shè)計(jì)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(fù)責(zé)：分析設(shè)計(jì)消費(fèi)一個(gè)產(chǎn)品方法和主方法

2、并且畫(huà)出流程圖，后期組織組內(nèi)成員成果匯總進(jìn)行本組總體報(bào)告撰寫(xiě)。巢 蕾 負(fù)責(zé)：分析設(shè)計(jì)生產(chǎn)者的行為方法和消費(fèi)者的行為方法，并且畫(huà)出流程圖段 敏 負(fù)責(zé)：分析設(shè)計(jì)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(huà)出流程圖。2 生產(chǎn)者和消費(fèi)者原理分析 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(méi)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(méi)有滿的緩沖區(qū)，那么消費(fèi)者線程將被阻塞，直到新的物品被生產(chǎn)出來(lái)。3 生產(chǎn)者與消費(fèi)

3、者功能描述：3.1生產(chǎn)者功能描述 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)。當(dāng)生產(chǎn)者線程生產(chǎn)物品時(shí)，如果沒(méi)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)。3.2消費(fèi)者功能描述消費(fèi)者線程從緩沖區(qū)中獲得物品，然后釋放緩沖區(qū)。當(dāng)消費(fèi)者線程消費(fèi)物品時(shí)，如果沒(méi)有滿的緩沖區(qū)，那么消費(fèi)者線程將被阻塞，直到新的物品被生產(chǎn)出來(lái)。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(fèi)者實(shí)現(xiàn)：這其中主要是通過(guò)多線程，來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間的協(xié)調(diào)問(wèn)題。生產(chǎn)者(producer)消費(fèi)者(consumer)：通過(guò)一些記錄性變量，來(lái)記錄模擬實(shí)現(xiàn)生

4、產(chǎn)者的行為，通過(guò)輸入語(yǔ)句的提示程序采用oo設(shè)計(jì)模式，緩存區(qū)采用數(shù)組結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)。5 生產(chǎn)者與消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)代碼#include #include const unsigned short size_of_buffer = 10; /緩沖區(qū)長(zhǎng)度unsigned short productid = 0; /產(chǎn)品號(hào)unsigned short consumeid = 0; /將被消耗的產(chǎn)品號(hào)unsigned short in = 0; /產(chǎn)品進(jìn)緩沖區(qū)時(shí)的緩沖區(qū)下標(biāo)unsigned short out = 0; /產(chǎn)品出緩沖區(qū)時(shí)的緩沖區(qū)下標(biāo)int g_buffersize_of_buffer; /緩沖區(qū)是個(gè)循

5、環(huán)隊(duì)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(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)迫使生產(chǎn)者等待handle g_hemptysemaphore; /當(dāng)緩沖區(qū)空時(shí)迫使消費(fèi)者等待dword winapi producer(lpvoid); /生產(chǎn)者線程dword winapi consumer(lpvoid); /消費(fèi)者線程int main() /創(chuàng)建各個(gè)互斥信號(hào) g_hmutex = createmutex(null,false,null); g_hfullsemaphore = create

6、semaphore(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(dāng)生產(chǎn)者個(gè)數(shù)多于消費(fèi)者個(gè)數(shù)時(shí)， /生產(chǎn)速度快，生產(chǎn)者經(jīng)常等待消費(fèi)者；反之，消費(fèi)者經(jīng)常等待 const unsigned short producers_count = 3; /生產(chǎn)者的個(gè)數(shù) const unsigned short consumers_count = 1; /消費(fèi)者的個(gè)數(shù) /總的線程數(shù) const unsig

7、ned 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(biāo)識(shí)符 dword consumeridthreads_count; /消費(fèi)者線程的標(biāo)識(shí)符 /創(chuàng)建生產(chǎn)者線程 for (int i=0;iproducers_count;+i) hthreadsi=createthread(null,0,producer,null,0,&produceridi); if (hth

8、readsi=null) return -1; /創(chuàng)建消費(fèi)者線程 for (i=0;iconsumers_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(chē)后終止程序運(yùn)行 g_continue = false; return 0;/生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品。簡(jiǎn)單模擬了一下，僅輸出新產(chǎn)品的id號(hào)void produce() std:cerr produci

9、ng +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_buffer; std:cerr succeed std:endl; /輸出緩沖區(qū)當(dāng)前的狀態(tài) for (int i=0;isize_of_buffer;+i) std:cout i : g_bufferi; if (i=in) std:cout - 生產(chǎn); if (i=out) std:cout - 消

10、費(fèi); std:cout std:endl; /從緩沖區(qū)中取出一個(gè)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(dāng)前的狀態(tài) for (int i=0;isize_of_buffer;+i) std:cout i : g_bufferi; if (i=in) std:cout - 生產(chǎn); if (i=out) std:cout - 消費(fèi); std:cout std:endl; /消耗

11、一個(gè)產(chǎn)品void consume() std:cerr consuming consumeid . ; std:cerr succeed std:endl;/生產(chǎn)者dword winapi producer(lpvoid lppara) while(g_continue) waitforsingleobject(g_hfullsemaphore,infinite); waitforsingleobject(g_hmutex,infinite); produce(); append(); sleep(1500); releasemutex(g_hmutex); releasesemaphore(

12、g_hemptysemaphore,1,null); return 0;/消費(fèi)者dword winapi consumer(lpvoid lppara) while(g_continue) waitforsingleobject(g_hemptysemaphore,infinite); waitforsingleobject(g_hmutex,infinite); take(); consume(); sleep(1500); releasemutex(g_hmutex); releasesemaphore(g_hfullsemaphore,1,null); return 0; /* 一個(gè)消費(fèi)

13、者三個(gè)生產(chǎn)者：/* 三個(gè)生產(chǎn)者三個(gè)消費(fèi)者/*三個(gè)消費(fèi)者一個(gè)生產(chǎn)者/*三個(gè)生產(chǎn)者四個(gè)消費(fèi)者6 心得體會(huì)本次課程設(shè)是關(guān)于生產(chǎn)者與消費(fèi)者之間互斥和同步的問(wèn)題。問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是p、v操作，實(shí)驗(yàn)設(shè)一個(gè)共享緩沖區(qū)，生產(chǎn)者和消費(fèi)者互斥的使用，當(dāng)一個(gè)線程使用緩沖區(qū)的時(shí)候，另一個(gè)讓其等待直到前一個(gè)線程釋放緩沖區(qū)為止。 生產(chǎn)者與消費(fèi)者是一個(gè)與現(xiàn)實(shí)有關(guān)的經(jīng)典問(wèn)題，與“和尚挑水”問(wèn)題的原理相同，通過(guò)此原理舉一反三可以解決其他類(lèi)似的問(wèn)題。 通過(guò)本課程設(shè)計(jì)，我們對(duì)操作系統(tǒng)的p、v進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，深入的了解p、v操作的實(shí)質(zhì)和其重要性。課本的理論知識(shí)進(jìn)一步闡述了現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際問(wèn)題。 實(shí)驗(yàn)中，我們小組分工合作，共同學(xué)習(xí)，雖然在課程設(shè)計(jì)中遇到了一些問(wèn)題，但在老師和同學(xué)的細(xì)心指導(dǎo)和熱心幫助下解決了。同時(shí)，了解到團(tuán)隊(duì)精神的重要性，也為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)積累了寶貴