操作系統(tǒng)生產(chǎn)者與消費者課程設(shè)計

1、文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持操作系統(tǒng)課程設(shè)計生產(chǎn)者和消費者問題系院：計算機科學(xué)系學(xué)生姓名：韓旭學(xué)號：01專業(yè)：計算機科學(xué)與技術(shù)年級：0701B完成日期：2009年11月指導(dǎo)教師：劉栓、課程設(shè)計的性質(zhì)與任務(wù)1、生產(chǎn)者-消費者問題是很經(jīng)典很具有代表性的進程同步問題，計算機中的很多同步問題都可抽象為生產(chǎn)者-消費者問題，通過本實驗的練習(xí)，希望能加深學(xué)生對進程同步問題的認(rèn)識與理解。2、熟悉VC的使用，培養(yǎng)和提高學(xué)生的分析問題、解決問題的能力。二、課程設(shè)計的內(nèi)容及其要求1 .實驗內(nèi)容以生產(chǎn)者/消費者模型為依據(jù)，在Windows2000環(huán)境下創(chuàng)建一個控制臺進程，在該進程中創(chuàng)建

2、n個線程模擬生產(chǎn)者和消費者，實現(xiàn)進程（線程）的同步與互斥。2 .實驗要求學(xué)習(xí)并理解生產(chǎn)者/消費者模型及其同步/互斥規(guī)則；學(xué)習(xí)了解Windows同步對象及其特性；熟悉實驗環(huán)境，掌握相關(guān)API的使用方法；設(shè)計程序，實現(xiàn)生產(chǎn)者/消費者進程（線程）的同步與互斥；提交實驗報告。三、課程設(shè)計的時間安排1、分析問題，給出數(shù)學(xué)模型，選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，2課時四、課程設(shè)計的實驗環(huán)境本實驗是在win2000+VC6.0環(huán)境下實現(xiàn)的，利用WindowsSDK編制實例程序。所以試驗需要在windows下安裝VC后進行。VC是一個集成開發(fā)環(huán)境，其中包含了WindowsSDK所有工具和定義；所以安裝了VC后就不用特意安裝SDK

3、了。五、正文1、實驗程序的結(jié)構(gòu)圖(流程圖)；2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及信號量定義的說明；CreateThread功能一一創(chuàng)建一個在調(diào)用進程的地址空間中執(zhí)行的線程格式HANDLECreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,DWORDdwStackSize,LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,LPVOIDlpParamiter,DWORDdwCreationFlags,LpdwordlpThread);參數(shù)說明lpThreadAttributes指向一個LPSECURITY_ATTRIBUTES(新線程的安全性

4、描述符)。dwStackSize定義原始堆棧大小。lpStartAddress指向使用LPTHRAED_START_ROUTINE類型定義的函數(shù)。lpParamiter定義一個給進程傳遞參數(shù)的指針。dwCreationFlags定義控制線程創(chuàng)建的附加標(biāo)志。lpThread保存線程標(biāo)志符(32位)(2) CreateMutex功能創(chuàng)建一個命名或匿名的互斥量對象格式HANDLECreateMutex(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes,BOOLbInitialOwner,LPCTSTRlpName);參數(shù)說明lpMutexAttributes必須取值NUL

5、L。bInitialOwner指示當(dāng)前線程是否馬上擁有該互斥量(即馬上加鎖)。lpName互斥量名稱。(3) CreateSemaphore功能一一創(chuàng)建一個命名或匿名的信號量對象格式HANDLECreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTESIpSemaphoreAttributes,LONGlInitialCount,LONGlMaximumCount,LPCTSTRlpName);參數(shù)說明lpSemaphoreAttributes必須取值NULL。lInitialCount信號量的初始值。該值大于0,但小于lMaximumCount指定的最大值。lMaximumC

6、ount信號量的最大值。lpName信號量名稱。(4) WaitForSingleObject功能一一使程序處于等待狀態(tài)，直到信號量hHandle出現(xiàn)(即其值大于等于1)或超過規(guī)定的等待時間格式DWORDWaitForSingleObject(HANDLEhHandle,DWORDdwMilliseconds);參數(shù)說明hHandle信號量指針。dwMilliseconds等待的最長時間(INFINITE為無限等待)。(5) ReleaseSemaphore功能一一對指定信號量加上一個指定大小的量。成功執(zhí)行則返回非0值格式BOOLReleaseSemaphore(HANDLEhSemaphor

7、e,LONGlReleaseCount,LPLONGlppreviousCount);參數(shù)說明hSemaphore信號量指針。lReleaseCount信號量的增量。lppreviousCount保存信號量當(dāng)前值。(6) ReleaseMutex功能一一打開互斥鎖，即把互斥量加1。成功調(diào)用則返回0格式BOOLReleaseMutex(HANDLEhMutex);參數(shù)說明hMutex互斥量指針。(7) InitializeCriticalSection功能初始化臨界區(qū)對象格式VOIDInitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSec

8、tion);參數(shù)說明lpCriticalSection指向臨界區(qū)對象的指針。(8) EnterCriticalSection功能一一等待指定臨界區(qū)對象的所有權(quán)格式VOIDenterCriticalSection(LPCRITICALSECTIONlpCriticalSection);參數(shù)說明IpCriticalSection指向臨界區(qū)對象的指針。(9) LeaveCriticalSection功能一一釋放指定臨界區(qū)對象的所有權(quán)格式VOIDLeaveCriticalSection(LPCRITICAL_SECTIONIpCriticalSection);參數(shù)說明lpCriticalSection

9、指向臨界區(qū)對象的指針。3、實驗的步驟；(1)打開VC,選擇菜單項file->new,選擇projects選項卡并建立一個名為"R_WP1"的Win32consoleapplicatoin工程；創(chuàng)建時注意指定創(chuàng)建該工程的目在工程中創(chuàng)建源文件"R_WP1.cpp":選擇菜單項project->addtoproject->files，在選擇框中輸入自己想要創(chuàng)建的文件名，這里是"R_WP1.cpp"在接下來詢問是否創(chuàng)建新文件時回答“yes”;然后通過Workspace->FileView->SourceFiles

10、打開該文件，在其中編輯源文件并保存.(3)通過調(diào)用菜單命令項build->buildall進行編譯連接，可以在指定的工程目錄下得到debug->R_WP1.exe程序，然后把給定的test.txt文件存入該debug目錄下，就可以在控制臺進入該debug目錄運行程序了。需要強調(diào)的是在創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件時，由于涉及到文件格式問題，最好在記事本中手工逐個輸入數(shù)據(jù)，而不要拷貝粘貼數(shù)據(jù)。4、實驗源程序；#include<windows.h>#include<fstream.h>#include<stdio.h>#include<string>#in

11、clude<conio.h>/定義一些常量；/本程序允許的最大臨界區(qū)數(shù)；#defineMAX_BUFFER_NUM10秒到微秒的乘法因子；#defineINTE_PER_SEC1000/本程序允許而生產(chǎn)和消費線程的總數(shù)；#defineMAX_THREAD_NUM64定義一個結(jié)局，記錄刀測試文件中指定的每一個線程的參數(shù)structThreadinfointserial;/線程序列號charentity;是P還是Cdoubledelay;線程延遲intthread_requestMAX_THREAD_NUM;/線程請求隊列intnrequest;/請求個數(shù)；/全局變量的定義臨界區(qū)對象的

12、聲明，用于管理緩沖區(qū)的互斥訪問;CRITICAL_SECTIONPC_CriticalMAX_BUFFER_NUM;intBuffer_CriticalMAX_BUFFER_NUM;緩沖區(qū)聲明，用于存放產(chǎn)HANDLEh_ThreadMAX_THREAD_NUM;/用于存儲每個線程句柄的數(shù)組；ThreadinfoThread_InfoMAX_THREAD_NUM;/線程信息數(shù)組；HANDLEempty_semaphore;/一個信號量；HANDLEh_mutex;一個互斥量；DWORDn_Thread=0;/實際的線程的數(shù)目；DWORDn_Buffer_or_Critical;/實際的緩沖區(qū)或者

13、臨界區(qū)的數(shù)目；HANDLEh_SemaphoreMAX_THREAD_NUM;/生產(chǎn)者允許消費者開始消費的信號量；/生產(chǎn)消費及輔助函數(shù)的聲明voidProduce(void*p);voidConsume(void*p);boolIfinOtherRequest(int);intFindProducePositon();intFindBufferPosition(int);intmain(void)聲明所需變量；DWORDwait_for_all;ifstreaminFile;/初始化緩沖區(qū)；for(inti=0;i<MAX_BUFFER_NUM;i+)Buffer_Criticali=-

14、1;/初始化工;個線程的請求隊列；for(intj=0;j<MAX_THREAD_NUM;j+)for(intk=0;k<MAX_THREAD_NUM;k+)Thread_Infoj.thread_requestk=-1;Thread_Infoj.n_request=0;/初始化臨界區(qū)；for(i=0;i<MAX_BUFFER_NUM;i+)InitializeCriticalSection(&PC_Criticali);打開輸入文件，按照規(guī)定的格式提取線程等信息;inFile.open("test.txt");/從文件中獲得實際的緩沖區(qū)的數(shù)目；i

15、nFile>>n_Buffer_or_Critical;inFile.get();printf("輸入文件是：n");/回顯獲得的緩沖區(qū)的數(shù)目信息；printf("%dn",(int)n_Buffer_or_Critical);/提取每個線程的點息到相氐或據(jù)結(jié)構(gòu)中；while(inFile)inFile>>Thread_Infon_Thread.serial;inFile>>Thread_Infon_Thread.entity;inFile>>Thread_Infon_Thread.delay;charc;

16、inFile.get(c);while(c!='n'&&!inFile.eof()inFile>>Thread_Infon_Thread.thread_requestThread_Infon_Thread.n_request+;inFile.get(c);n_Thread+;回顯獲得的線程信息，便于確認(rèn)正確性；for(j=0;j<(int)n_Thread;j+)intTemp_serial=Thread_Infoj.serial;charTemp_entity=Thread_Infoj.entity;doubleTemp_delay=Thre

17、ad_Infoj.delay;printf("nthread%2d%c%f”,Temp_serial,Temp_entity,Temp_delay);intTemp_request=Thread_Infoj.n_request;for(intk=0;k<Temp_request;k+)printf("%d",Thread_Infoj.thread_requestk);cout<<endl;printf("nn");/創(chuàng)建在模擬過程中幾個必要的信號量empty_semaphore=CreateSemaphore(NULL,n_B

18、uffer_or_Critical,n_Buffer_or_Critical,"semaphore_for_empty");h_mutex=CreateMutex(NULL,FALSE,"mutex_for_update");/下面這個循環(huán)用線程的ID號來為相應(yīng)生產(chǎn)線程的產(chǎn)品讀寫時所使用的同步信號量命名；for(j=0;j<(int)n_Thread;j+)std二stringlp="semaphore_for_produce_"inttemp=j;while(temp)charc=(char)(temp%10);lp+=c;t

19、emp/=10;h_Semaphorej+1=CreateSemaphore(NULL,0,n_Thread,lp.c_str();/創(chuàng)建生產(chǎn)者和消費者線程；for(i=0;i<(int)n_Thread;i+)if(Thread_Infoi.entity='P')h_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Produce),&(Thread_Infoi),0,NULL);elseh_Threadi=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consu

20、me),&(Thread_Infoi),0,NULL);/主程序等待各個線程的動作結(jié)束；wait_for_all=WaitForMultipleObjects(n_Thread,h_Thread,TRUE,-1);printf("nnALLProducerandconsumerhavefinishedtheirwork.n");printf("Pressanykeytoquit!n");_getch();return0;/確認(rèn)是否還有對同一產(chǎn)品的消費請求未執(zhí)行；boolIfInOtherRequest(intreq)for(inti=0;i<

21、;n_Thread;i+)for(intj=0;j<Thread_Infoi.n_request;j+)if(Thread_Infoi.thread_requestj=req)returnTRUE;returnFALSE;/找出當(dāng)前可以進行產(chǎn)品生產(chǎn)的空緩沖區(qū)位置；intFindProducePosition()intEmptyPosition;for(inti=0;i<n_Buffer_or_Critical;i+)if(Buffer_Criticali=-1)EmptyPosition=i;/用下面這個特殊值表示本緩沖區(qū)正處于被寫狀態(tài)；Buffer_Criticali=-2;br

22、eak;returnEmptyPosition;/找出當(dāng)前所需生產(chǎn)者生產(chǎn)的產(chǎn)品的位置；intFindBufferPosition(intProPos)intTempPos;for(inti=0;i<n_Buffer_or_Critical;i+)if(Buffer_Criticali=ProPos)TempPos=i;break;returnTempPos;/生產(chǎn)者進程voidProduce(void*p)局部變量聲明；DWORDwait_for_semaphore,wait_for_mutex,m_delay;intm_serial;/獲得本婕程的信息；m_serial=(Thread

23、Info*)(p)->serial;m_delay=(DWORD)(ThreadInfo*)(p)->delay*INTE_PER_SEC);Sleep(m_delay);/開始請求生產(chǎn)printf("Producer%2dsendstheproducerequire.n",m_serial);確認(rèn)有空緩沖區(qū)可供生產(chǎn)，同時將空位置數(shù)empty減1;用于生產(chǎn)者和消費者的同步；wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(empty_semaphore,-1);互斥訪問下一個可用于生產(chǎn)的空臨界區(qū)，實現(xiàn)寫寫互斥；wait_for_mut

24、ex=WaitForSingleObject(h_mutex,-1);intProducePos=FindProducePosition();ReleaseMutex(h_mutex);/生產(chǎn)者在獲得自己的空位置并做上標(biāo)記后，以下的寫操作在生產(chǎn)者之間可以并發(fā)；核心生產(chǎn)步驟中，程序?qū)⑸a(chǎn)者的ID作為產(chǎn)品編號放入，方便消費者識別；printf("Producer%2dbegintoproduceatposition%2d.n",m_serial,ProducePos);Buffer_CriticalProducePos=m_serial;printf("Produce

25、r%2dfinishproducing:n",m_serial);printf("position%2d:%3dn",ProducePos,Buffer_CriticalProducePos);使生產(chǎn)者寫的緩沖區(qū)可以被多個消費者使用，實現(xiàn)讀寫同步；ReleaseSemaphore(h_Semaphorem_serial,n_Thread,NULL);/消費者進程voidConsume(void*p)局部變量聲明；DWORDwait_for_semaphore,m_delay;intm_serial,m_requestNum;/消費者的序列號和請求的數(shù)Iintm_t

26、hread_requestMAX_THREAD_NUM;本消費線程的請求隊列；/提取本線程的信息到本地；m_serial=(ThreadInfo*)(p)->serial;m_delay=(DWORD)(ThreadInfo*)(p)->delay*INTE_PER_SEC);m_requestNum=(Threadinfo*)(p)->n_request;for(inti=0;i<m_requestNum;i+)m_thread_requesti=(Threadinfo*)(p)->thread_requesti;Sleep(m_delay);/循環(huán)進行所需產(chǎn)品的消費for(i=0;i<m_requestNum;i+)/請求消費下一個產(chǎn)品printf("Consumer%2drequesttoconsume%2dproductn",m_serial,m_thread_requesti);如果對應(yīng)生產(chǎn)者沒有生產(chǎn)，則等待；如果生產(chǎn)了，允許的消費者數(shù)目-1;實現(xiàn)了讀寫同步；wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(h_Semaphorem_thread_requesti,-1);/查詢所需產(chǎn)品放到緩沖區(qū)的號intBufferPos=FindBufferPosition(m_thre