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、<p>　　操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　生產(chǎn)者與消費(fèi)者算法的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　課程名稱：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　小組成員：</b></p><p><b>　　班 級(jí)：</b></p><p>　　時(shí) 間

2、：2010-10-18</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 課設(shè)簡(jiǎn)介：1</p><p>　　1.1課程設(shè)計(jì)題目1</p><p>　　1.2課程設(shè)計(jì)小組成員1</p><p>　　1.3小組成員任務(wù)分配情況及每人所占工作比例1</p><

3、;p>　　2生產(chǎn)者和消費(fèi)者原理分析1</p><p>　　3 生產(chǎn)者與消費(fèi)者功能描述：1</p><p>　　4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析2</p><p>　　5 生產(chǎn)者與消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)代碼2</p><p><b>　　6心得體會(huì)7</b></p><p><b>　　參考文

4、獻(xiàn)：7</b></p><p><b>　　相關(guān)工具：8</b></p><p><b>　　致謝：8</b></p><p><b>　　1 課設(shè)簡(jiǎn)介：</b></p><p><b>　　1.1課程設(shè)計(jì)題目</b></p>

5、;<p>　　生產(chǎn)者與消費(fèi)者算法的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　1.2課程設(shè)計(jì)小組成員</p><p><b>　　張洋、巢蕾、段敏</b></p><p>　　1.3小組成員任務(wù)分配情況及每人所占工作比例</p><p>　　張 洋 負(fù)責(zé)：分析設(shè)計(jì)消費(fèi)一個(gè)產(chǎn)品方法和主方法并且畫出流程圖，后期組織組內(nèi)成員

6、成果匯總進(jìn)行本組總體報(bào)告撰寫。</p><p>　　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，并且畫出流程圖</p><p>　　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)，并且畫出流程圖。</p><p>　　生產(chǎn)者和消費(fèi)者原理分析</p><p>　　在同一個(gè)進(jìn)程地址空間內(nèi)執(zhí)行的兩個(gè)線程。生

7、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)。</p><p>　　3 生產(chǎn)者與消費(fèi)者功能描述：</p><p>　　3.1生產(chǎn)者功能

8、描述</p><p>　　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)。</p><p>　　3.2消費(fèi)者功能描述</p><p>　　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

9、沒有滿的緩沖區(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)。</p><p><b>　　3.3程序結(jié)構(gòu)圖：</b></p><p><b>　　4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析</b></p><p>　　生產(chǎn)者與消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)：</p><p>　　這其中主要是通過多線程，來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間的協(xié)調(diào)問題。

10、</p><p>　　生產(chǎn)者(producer)——消費(fèi)者(consumer)：</p><p>　　通過一些記錄性變量，來(lái)記錄模擬實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者的行為，通過輸入語(yǔ)句的提示</p><p>　　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)。</p><p>　　5 生產(chǎn)者與消費(fèi)者實(shí)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(zhǎng)度</p><p>　　unsigned short ProductID = 0; //產(chǎn)品號(hào)</p><p>

12、;　　unsigned short ConsumeID = 0; //將被消耗的產(chǎn)品號(hào)</p><p>　　unsigned short in = 0; //產(chǎn)品進(jìn)緩沖區(qū)時(shí)的緩沖區(qū)下標(biāo)</p><p>　　unsigned short out = 0; //產(chǎn)品出緩沖區(qū)時(shí)的緩沖區(qū)下標(biāo)</p><p>　　int g_buffer[SIZE_

13、OF_BUFFER]; //緩沖區(qū)是個(gè)循環(huán)隊(duì)列</p><p>　　bool g_continue = true; //控制程序結(jié)束</p><p>　　HANDLE g_hMutex; //用于線程間的互斥</p><p>　　HANDLE g_hFullSemaphore; //當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)迫使生產(chǎn)者等待</p>

14、<p>　　HANDLE g_hEmptySemaphore; //當(dāng)緩沖區(qū)空時(shí)迫使消費(fèi)者等待</p><p>　　DWORD WINAPI Producer(LPVOID); //生產(chǎn)者線程</p><p>　　DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); //消費(fèi)者線程</p><p>　　int main()&l

15、t;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　//創(chuàng)建各個(gè)互斥信號(hào)</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(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)，</p><p>　　//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 </

17、p><p>　　const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3; //生產(chǎn)者的個(gè)數(shù)</p><p>　　const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 1; //消費(fèi)者的個(gè)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(chǎn)者線程的標(biāo)識(shí)符</p><p&

19、gt;　　DWORD consumerID[THREADS_COUNT]; //消費(fèi)者線程的標(biāo)識(shí)符</p><p><b>　　//創(chuàng)建生產(chǎn)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(fèi)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(yùn)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(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)</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(chǎn)的產(chǎn)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(dāng)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(chǎn)"

28、;</p><p>　　if (i==out) std::cout << " <-- 消費(fèi)";</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(gè)產(chǎn)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(dāng)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(chǎn)";</p><p>　　if (i==out

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

33、產(chǎn)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(chǎn)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(fèi)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(gè)消費(fèi)者三個(gè)生產(chǎn)者：</p>&

41、lt;p>　　/* 三個(gè)生產(chǎn)者三個(gè)消費(fèi)者</p><p>　　/*三個(gè)消費(fèi)者一個(gè)生產(chǎn)者</p><p>　　/*三個(gè)生產(chǎn)者四個(gè)消費(fèi)者</p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　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題。問題的實(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

42、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。</p><p>　　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(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)際問題。</p>

43、<p>　　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)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 湯小丹 梁紅兵 哲鳳屏 湯子瀛 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第三版）西安電子

44、科技大學(xué)出版社 2007.12</p><p><b>　　相關(guān)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><