操作系統(tǒng)課程設計報告-生產者與消費者算法的實現(xiàn)

1、<p>　　操作系統(tǒng)課程設計報告</p><p>　　生產者與消費者算法的實現(xiàn)</p><p>　　課程名稱：計算機操作系統(tǒng)課程設計</p><p><b>　　小組成員：</b></p><p><b>　　班 級：</b></p><p>　　時 間

2、：2010-10-18</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 課設簡介：1</p><p>　　1.1課程設計題目1</p><p>　　1.2課程設計小組成員1</p><p>　　1.3小組成員任務分配情況及每人所占工作比例1</p><

3、;p>　　2生產者和消費者原理分析1</p><p>　　3 生產者與消費者功能描述：1</p><p>　　4 數(shù)據(jù)結構分析2</p><p>　　5 生產者與消費者實現(xiàn)代碼2</p><p><b>　　6心得體會7</b></p><p><b>　　參考文

4、獻：7</b></p><p><b>　　相關工具：8</b></p><p><b>　　致謝：8</b></p><p><b>　　1 課設簡介：</b></p><p><b>　　1.1課程設計題目</b></p>

5、;<p>　　生產者與消費者算法的實現(xiàn)</p><p>　　1.2課程設計小組成員</p><p><b>　　張洋、巢蕾、段敏</b></p><p>　　1.3小組成員任務分配情況及每人所占工作比例</p><p>　　張 洋 負責：分析設計消費一個產品方法和主方法并且畫出流程圖，后期組織組內成員

6、成果匯總進行本組總體報告撰寫。</p><p>　　巢 蕾 負責：分析設計生產者的行為方法和消費者的行為方法，并且畫出流程圖</p><p>　　段 敏 負責：分析設計生產產品的方法和把新生產的產品放入緩沖區(qū)，并且畫出流程圖。</p><p>　　生產者和消費者原理分析</p><p>　　在同一個進程地址空間內執(zhí)行的兩個線程。生

7、產者線程生產物品，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)。當生產者線程生產物品時，如果沒有空緩沖區(qū)可用，那么生產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出來。</p><p>　　3 生產者與消費者功能描述：</p><p>　　3.1生產者功能

8、描述</p><p>　　在同一個進程地址空間內執(zhí)行的兩個線程。生產者線程生產物品，然后將物品放置在一個空緩沖區(qū)中供消費者線程消費。當生產者線程生產物品時，如果沒有空緩沖區(qū)可用，那么生產者線程必須等待消費者線程釋放出一個空緩沖區(qū)。</p><p>　　3.2消費者功能描述</p><p>　　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

9、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出來。</p><p><b>　　3.3程序結構圖：</b></p><p><b>　　4 數(shù)據(jù)結構分析</b></p><p>　　生產者與消費者實現(xiàn)：</p><p>　　這其中主要是通過多線程，來實現(xiàn)生產者和消費者之間的協(xié)調問題。

10、</p><p>　　生產者(producer)——消費者(consumer)：</p><p>　　通過一些記錄性變量，來記錄模擬實現(xiàn)生產者的行為，通過輸入語句的提示</p><p>　　程序采用OO設計模式，緩存區(qū)采用數(shù)組結構存儲。</p><p>　　5 生產者與消費者實現(xiàn)代碼</p><p>　　#includ

11、e <windows.h></p><p>　　#include <iostream></p><p>　　const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 10; //緩沖區(qū)長度</p><p>　　unsigned short ProductID = 0; //產品號</p><p>

12、;　　unsigned short ConsumeID = 0; //將被消耗的產品號</p><p>　　unsigned short in = 0; //產品進緩沖區(qū)時的緩沖區(qū)下標</p><p>　　unsigned short out = 0; //產品出緩沖區(qū)時的緩沖區(qū)下標</p><p>　　int g_buffer[SIZE_

13、OF_BUFFER]; //緩沖區(qū)是個循環(huán)隊列</p><p>　　bool g_continue = true; //控制程序結束</p><p>　　HANDLE g_hMutex; //用于線程間的互斥</p><p>　　HANDLE g_hFullSemaphore; //當緩沖區(qū)滿時迫使生產者等待</p>

14、<p>　　HANDLE g_hEmptySemaphore; //當緩沖區(qū)空時迫使消費者等待</p><p>　　DWORD WINAPI Producer(LPVOID); //生產者線程</p><p>　　DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); //消費者線程</p><p>　　int main()&l

15、t;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　//創(chuàng)建各個互斥信號</p><p>　　g_hMutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);</p><p>　　g_hFullSemaphore = CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZ

16、E_OF_BUFFER-1,NULL);</p><p>　　g_hEmptySemaphore = CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);</p><p>　　//調整下面的數(shù)值，可以發(fā)現(xiàn)，當生產者個數(shù)多于消費者個數(shù)時，</p><p>　　//生產速度快，生產者經常等待消費者；反之，消費者經常等待 </

17、p><p>　　const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3; //生產者的個數(shù)</p><p>　　const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 1; //消費者的個數(shù)</p><p><b>　　//總的線程數(shù)</b></p><p>　　const

18、 unsigned short THREADS_COUNT = PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;</p><p>　　HANDLE hThreads[PRODUCERS_COUNT]; //各線程的handle</p><p>　　DWORD producerID[CONSUMERS_COUNT]; //生產者線程的標識符</p><p&

19、gt;　　DWORD consumerID[THREADS_COUNT]; //消費者線程的標識符</p><p><b>　　//創(chuàng)建生產者線程</b></p><p>　　for (int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;++i){</p><p>　　hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Pro

20、ducer,NULL,0,&producerID[i]);</p><p>　　if (hThreads[i]==NULL) return -1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//創(chuàng)建消費者線程</b></p><p>　　for (i=0;i<

21、CONSUMERS_COUNT;++i){</p><p>　　hThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[i]);</p><p>　　if (hThreads[i]==NULL) return -1;</p><p><b>　　}<

22、;/b></p><p>　　while(g_continue){</p><p>　　if(getchar()){ //按回車后終止程序運行</p><p>　　g_continue = false;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}<

23、/b></p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//生產一個產品。簡單模擬了一下，僅輸出新產品的ID號</p><p>　　void Produce()</p><p><b>　　{

24、</b></p><p>　　std::cerr << "Producing " << ++ProductID << " ... ";</p><p>　　std::cerr << "Succeed" << std::endl;</p><

25、p><b>　　}</b></p><p>　　//把新生產的產品放入緩沖區(qū)</p><p>　　void Append()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　std::cerr << "Appending a product ... "

26、;;</p><p>　　g_buffer[in] = ProductID;</p><p>　　in = (in+1)%SIZE_OF_BUFFER;</p><p>　　std::cerr << "Succeed" << std::endl;</p><p>　　//輸出緩沖區(qū)當前的狀態(tài)<

27、/p><p>　　for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i){</p><p>　　std::cout << i <<": " << g_buffer[i];</p><p>　　if (i==in) std::cout << " <-- 生產"

28、;</p><p>　　if (i==out) std::cout << " <-- 消費";</p><p>　　std::cout << std::endl;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b><

29、/p><p>　　//從緩沖區(qū)中取出一個產品</p><p>　　void Take()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　std::cerr << "Taking a product ... ";</p><p>　　ConsumeID =

30、g_buffer[out];</p><p>　　out = (out+1)%SIZE_OF_BUFFER;</p><p>　　std::cerr << "Succeed" << std::endl;</p><p>　　//輸出緩沖區(qū)當前的狀態(tài)</p><p>　　for (int i=0;i&

31、lt;SIZE_OF_BUFFER;++i){</p><p>　　std::cout << i <<": " << g_buffer[i];</p><p>　　if (i==in) std::cout << " <-- 生產";</p><p>　　if (i==out

32、) std::cout << " <-- 消費";</p><p>　　std::cout << std::endl;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//消耗一個

33、產品</b></p><p>　　void Consume()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　std::cerr << "Consuming " << ConsumeID << " ... ";</p><p

34、>　　std::cerr << "Succeed" << std::endl;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//生產者</b></p><p>　　DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara)</p

35、><p><b>　　{</b></p><p>　　while(g_continue){</p><p>　　WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE);</p><p>　　WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);</p>

36、<p>　　Produce();</p><p><b>　　Append();</b></p><p>　　Sleep(1500);</p><p>　　ReleaseMutex(g_hMutex);</p><p>　　ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL)

37、;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//消費者</b></p><p>　　DWORD WINAP

38、I Consumer(LPVOID lpPara)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(g_continue){</p><p>　　WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE);</p><p>　　WaitForSingleObje

39、ct(g_hMutex,INFINITE);</p><p><b>　　Take();</b></p><p>　　Consume();</p><p>　　Sleep(1500);</p><p>　　ReleaseMutex(g_hMutex);</p><p>　　ReleaseSemap

40、hore(g_hFullSemaphore,1,NULL);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　/* 一個消費者三個生產者：</p>&

41、lt;p>　　/* 三個生產者三個消費者</p><p>　　/*三個消費者一個生產者</p><p>　　/*三個生產者四個消費者</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　本次課程設是關于生產者與消費者之間互斥和同步的問題。問題的實質是P、V操作，實驗設一個共享緩沖區(qū)，生產者和消費者互斥

42、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。</p><p>　　生產者與消費者是一個與現(xiàn)實有關的經典問題，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。</p><p>　　通過本課程設計，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。</p>

43、<p>　　實驗中，我們小組分工合作，共同學習，雖然在課程設計中遇到了一些問題，但在老師和同學的細心指導和熱心幫助下解決了。同時，了解到團隊精神的重要性，也為以后的學習和工作打下了堅實的基礎，同時積累了寶貴的經驗。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 湯小丹 梁紅兵 哲鳳屏 湯子瀛 計算機操作系統(tǒng)（第三版）西安電子

44、科技大學出版社 2007.12</p><p><b>　　相關工具：</b></p><p>　　[1] 代碼編寫、分析工具：Visual C++ </p><p>　　[2] 流程圖分析工具：Microsoft visio</p><p><b>　　致謝：</b></p><