緩沖池設(shè)計(jì)(1)

1、進(jìn)程創(chuàng)建和進(jìn)程同步控制(API 函數(shù)) 班級(jí)：目錄引入主要任務(wù)總體設(shè)計(jì)具體設(shè)計(jì)操作過(guò)程總結(jié)進(jìn)程的引入 程序（Program)是一組指令的有序集合，它本身沒(méi)有任何運(yùn)行的含義，它只是一個(gè)靜態(tài)的實(shí)體。 也就是說(shuō)，用程序這個(gè)靜態(tài)的實(shí)體不能反映程序在并發(fā)執(zhí)行 過(guò) 程 的 這 些 動(dòng) 態(tài) 特 征 。 于 是 ， 人 們 引 入 “ 進(jìn) 程（Process)“這一概念來(lái)描述程序動(dòng)態(tài)執(zhí)行過(guò)程的性質(zhì)。 進(jìn)程是應(yīng)用程序的執(zhí)行實(shí)例，是操作系統(tǒng)分配資源單位。進(jìn)程最根本的屬性是動(dòng)態(tài)性和并發(fā)性。 每個(gè)進(jìn)程是由私有的虛擬地址空間、代碼、數(shù)據(jù)和其它各種系統(tǒng)資源組成，進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中創(chuàng)建的資源隨著進(jìn)程的終止而被銷毀，所使用的系

2、統(tǒng)資源在進(jìn)程終止時(shí)被釋放。線程的引入 由于每創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程需要申請(qǐng)?jiān)S多的系統(tǒng)資源，比如內(nèi)存空間分配，PCB的分配等，這樣就會(huì)造成一些不必要的浪費(fèi)，而線程不需要任何系統(tǒng)資源，它與所屬的進(jìn)程共享系統(tǒng)資源，并且線程之間的切換速度快，提高了程序運(yùn)行的效率，所以引入了線程的概念。 線程是操作系統(tǒng)分配處理器的最基本單元，它是操作系統(tǒng)用來(lái)調(diào)度執(zhí)行的最小單位。 一個(gè)線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個(gè)線程;同一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。 主要任務(wù)1、利用圖形界面直觀易懂的特點(diǎn)，把完全抽象的線程的就緒、阻塞（等待）、執(zhí)行的狀態(tài)以及同步互斥的過(guò)程用圖形動(dòng)態(tài)的顯示出來(lái)。2、用信號(hào)量和事件作為線程之間的同步互斥工具，通過(guò)

3、對(duì)設(shè)置BUFFER1、BUFFER2的容量，來(lái)協(xié)調(diào)PUT、GET、MOVE這三個(gè)線程，使其同步來(lái)實(shí)現(xiàn)P、V操作，并說(shuō)明每個(gè)信號(hào)量的含義、初值和值的范圍。3、設(shè)計(jì)的程序并非真正的傳輸數(shù)據(jù)，只是對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器加減來(lái)模擬數(shù)據(jù)的增加減少，然后通過(guò)定時(shí)刷新，將線程的狀態(tài)、數(shù)據(jù)顯示到界面上?？傮w設(shè)計(jì)利用信號(hào)量機(jī)制來(lái)解決生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題，利用互斥信號(hào)量mutex實(shí)現(xiàn)進(jìn)程對(duì)緩沖池的互斥使用。對(duì) 信 號(hào) 量 的 操 作 通 過(guò) 兩 個(gè) 原 子 操 作 : W a i t ( s ) 和Signal(s).Wait(s)是等待信號(hào)的操作，進(jìn)行S=S-1操作；Signal(s)是發(fā)送信號(hào)的操作，進(jìn)行S=S+1操作

4、。 wait 若s-1后仍大于或等于零，則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；若s-1后小于零，則該進(jìn)程被阻塞后進(jìn)入與該信號(hào)相對(duì)應(yīng)的隊(duì)列中，然后轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度；若相加結(jié)果大于或等于零，則從該信號(hào)的等待隊(duì)列中喚醒一等待進(jìn)程，然后再返回原進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行或轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度 互斥與同步互斥與同步：進(jìn)程的同步與互斥進(jìn)程的同步與互斥是指進(jìn)程在推進(jìn)時(shí)的是指進(jìn)程在推進(jìn)時(shí)的相互制約關(guān)系。相互制約關(guān)系。進(jìn)程同步：它主要源于進(jìn)程合作，是進(jìn)程間共同完成一項(xiàng)任務(wù)時(shí)進(jìn)程同步：它主要源于進(jìn)程合作，是進(jìn)程間共同完成一項(xiàng)任務(wù)時(shí)直接發(fā)生相互作用的關(guān)系。直接發(fā)生相互作用的關(guān)系。 進(jìn)程互斥：它主要源于資源共享，是進(jìn)程之間的間接制約關(guān)系。進(jìn)程互斥：它主要源于資源共享，

5、是進(jìn)程之間的間接制約關(guān)系。協(xié)調(diào)操作設(shè)計(jì)的總體流程Buffer1Buffer2putmoveget具體設(shè)計(jì)3個(gè)Put操作 ， 不斷循環(huán)，向Buffer1送數(shù)據(jù)，1個(gè)Move操作，不斷循環(huán)，將Buffer1的數(shù)據(jù)取到Buffer2，2個(gè)GET操作， 不斷循環(huán)，從Buffer2中取數(shù)據(jù)。Buffer1容量3, Buffer2容量2, Put、 Move、 Get每次操作一個(gè)數(shù)據(jù)，為了在操作的過(guò)程中要保證數(shù)據(jù)不丟失,每個(gè)Buffer每次只能接受一個(gè)Put或一個(gè)Move或一個(gè)Get，多個(gè)操作不能同時(shí)操作同一Buffer(即需要互斥操作)。 信號(hào)量的設(shè)置 需要六個(gè)信號(hào)量：full1,empty1,butt

6、er1 full2,empty2,butter2各信號(hào)量含義及初值如下： full1表示buffer1是否有數(shù)據(jù)，初值為0；empty1表示buffer1是否有空間，初值為3； buffer1表示buffer1是否可操作，初值為1； full2表示buffer2是否有數(shù)據(jù)，初值為0； empty2表示buffer2是否有空間，初值為2； buffer2表示buffer2是否可操作，初值為1。程序函數(shù)概覽 APIAPI函數(shù)，即函數(shù)，即Application Programming Application Programming InterfaceInterface，操作系統(tǒng)除了協(xié)調(diào)應(yīng)用程序的執(zhí)，

7、操作系統(tǒng)除了協(xié)調(diào)應(yīng)用程序的執(zhí)行、內(nèi)存分配、系統(tǒng)資源管理外，同時(shí)也是一行、內(nèi)存分配、系統(tǒng)資源管理外，同時(shí)也是一個(gè)很大的服務(wù)中心，調(diào)用這個(gè)服務(wù)中心的各種個(gè)很大的服務(wù)中心，調(diào)用這個(gè)服務(wù)中心的各種服務(wù)（每一種服務(wù)是一個(gè)函數(shù)），可以幫肋應(yīng)服務(wù)（每一種服務(wù)是一個(gè)函數(shù)），可以幫肋應(yīng)用程序達(dá)到開(kāi)啟視窗、描繪圖形、使用周邊設(shè)用程序達(dá)到開(kāi)啟視窗、描繪圖形、使用周邊設(shè)備的目的，由于這些函數(shù)服務(wù)的對(duì)象是應(yīng)用程備的目的，由于這些函數(shù)服務(wù)的對(duì)象是應(yīng)用程序，所以稱為序，所以稱為APIAPI函數(shù)。函數(shù)。 這些函數(shù)是這些函數(shù)是WINDOWSWINDOWS提供給應(yīng)用程序與操作提供給應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)的接口，他們猶如系統(tǒng)的接口，他

8、們猶如“積木塊積木塊”一樣，可以一樣，可以搭建出各種界面豐富，功能靈活的應(yīng)用程序。搭建出各種界面豐富，功能靈活的應(yīng)用程序。/*定義頭文件 */ #include #include #include #include #include #include #include/*定義頭變量 */ sem_t iFull,iEmpty; sem_t oFull,oEmpty; int iIn=0,iOut=0,oIn=0,oOut=0; sem_t sem1,sem2; char inBuffer10; /數(shù)組實(shí)現(xiàn)緩沖區(qū)char outBuffer20; int data1,data2,data3; v

9、oid put(void *arg); void move(void *arg); void get(void *arg);sem_t聲明信號(hào)量，本質(zhì)是一個(gè)長(zhǎng)整型的數(shù)/*mian函數(shù) */ main(int argc, char *argv ) 聲明局部變量 /pthread_t用于聲明線程ID/*初始化信號(hào)量imutex為1*/ sem_init(&sem1,0,1);/*初始化信號(hào)量omutex為1*/*初始化信號(hào)量iFull為1*/*初始化信號(hào)量iEmpty為10*/*初始化信號(hào)量oFull為0*/*初始化信號(hào)量oEmpty為20*/函數(shù)sem_init（）用來(lái)初始化一個(gè)信號(hào)量它的原型為

10、： extern int sem_init _P (sem_t *_sem, int _pshared, unsigned int _value);pshared參數(shù)控制著信號(hào)量的類型/*創(chuàng)建三個(gè)線程*/ /put線程 /move線程/get線程應(yīng)用函數(shù)：pthread_create是類Unix操作系統(tǒng)（Unix、Linux、Mac OS X等）的創(chuàng)建線程的函數(shù)。頭文件 #include函數(shù)聲明int pthread_create(pthread_t *tidp,const pthread_attr_t *attr,(void*)(*start_rtn)(void*),void *arg);線

11、程ID/* put操作線程函數(shù) */ void put(void *arg) /*信號(hào)量減一，P操作*/ p(empty) p(s) put 操作 /*信號(hào)量加一，V操作*/ v(full) v(s) 函數(shù)sem_post( sem_t *sem )用來(lái)增加信號(hào)量的值當(dāng)有線程阻塞在這個(gè)信號(hào)量上時(shí)，調(diào)用這個(gè)函數(shù)會(huì)使其中的一個(gè)線程不再阻塞，選擇機(jī)制同樣是由線程的調(diào)度策略決定的。函數(shù)sem_wait( sem_t *sem )被用來(lái)阻塞當(dāng)前線程直到信號(hào)量sem的值大于0，解除阻塞后將sem的值減一，表明公共資源經(jīng)使用后減少。函數(shù)sem_trywait ( sem_t *sem )是函數(shù)sem_wai

12、t（）的非阻塞版本，它直接將信號(hào)量sem的值減一。函數(shù)sem_destroy(sem_t *sem)用來(lái)釋放信號(hào)量sem。 獲得信號(hào)量sem的值，并保存到valp中int sem_getvalue(sem_t *sem, int *valp);/* move操作線程函數(shù) */ void move(void *arg) /* move操作將數(shù)據(jù)取出inBuffer緩沖區(qū) */ p(full) p(s)從inBuffer獲取數(shù)據(jù) v(empty) v(s) /* move操作將數(shù)據(jù)放入outBuffer緩沖區(qū) */ p(empty) p(s) 放入outBuffer v(full) v(s) /*

13、 get操作線程函數(shù) */ void get(void *arg) /*信號(hào)量減一，P操作*/ p(full) p(s) get 操作 /*信號(hào)量加一，V操作*/ v(empty) v(s) Buffer1Buffer2putmovegetBuffer1 Buffer2putgetmove操作過(guò)程操作過(guò)程Buffer1 Buffer2putgetmove操作過(guò)程操作過(guò)程Buffer1 Buffer2putgetmove操作過(guò)程操作過(guò)程Buffer1 Buffer2putgetmove操作過(guò)程操作過(guò)程Buffer1 Buffer2putgetmove操作過(guò)程操作過(guò)程Buffer1 Buffer2putgetmove操作過(guò)程操作過(guò)程Buffer1 Buffer2putgetmove操作過(guò)程操作過(guò)程Buffer1 Buffer2putgetmove操作過(guò)程操作過(guò)程總結(jié)經(jīng)過(guò)幾天的討論課準(zhǔn)備，對(duì)