操作系统课程设计用多进程同步方法解决生产者-消费者问题

1操作系统课程设计用多进程同步方法解决生产者-消费者问题系别：计科系专业:计算机科学与技术班级：04级4班学号：04101010608姓名：苏德洪时间：2006-7-7—2006-7-142目录一、题目：.................................................................................................3二、设计目的：........................................................................................3三、总体设计思想概述：........................................................................3四、说明：.................................................................................................3五、设计要求：........................................................................................3六、设计方案：........................................................................................3七、流程图：.............................................................................................5八、运行结果.............................................................................................7九、源程序...............................................................................................11十、总结...................................................................................................18十一、参考文献......................................................................................203一、题目：用多进程同步方法解决生产者-消费者问题。二、设计目的：通过研究Linux的进程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发控制。三、总体设计思想概述：1、生产者—消费者问题是一种同步问题的抽象描述。2、计算机系统中的每个进程都可以消费或生产某类资源。当系统中某一进程使用某一资源时，可以看作是消耗，且该进程称为消费者。3、而当某个进程释放资源时，则它就相当一个生产者。四、说明：有界缓冲区内设有20个存储单元,放入/取出的数据项设定为1-20这20个整型数。五、设计要求：1、每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后，即时显示有界缓冲区的全部内容，当前指针位置和生产者/消费者线程的标识符。2、生产者和消费者各有两个以上。3、多个生产者或多个消费者之间须有共享对缓冲区进行操作的函数代码。六、设计方案：通过一个有界缓冲区(用数组来实现，类似循环队列)把生产者和消费者联系起来。假定生产者和消费者的优先级是相同的，只要缓冲区未满，生产者就可以生产产品并将产品送入缓冲区。类似地，只要缓冲区未空，消费者就可以从缓冲区中去走产品并消费它。应该禁止生产者向满的缓冲区送入产品，同时也应该禁止消费者从空的缓冲区中取出产品，这一机制有生产者线程和消费者线程之间的互斥关系来实现。为解决生产者/消费者问题，应该设置两个资源信号量，其中一个表示空缓冲区的数目，用g_hFullSemaphore表示，其初始值为有界缓冲区的大小SIZE_OF_BUFFER；另一个表示缓冲区中产品的数目，用g_hEmptySemaphore表示，其初始值为0。另外，由于有界缓冲区是一个临界资源，必须互斥使用，所以还需要再设置一个互斥信号量g_hMutex，起初值为1。4在生产者/消费者问题中，信号量实现两种功能。首先，它是生产产品和消费产品的计数器，计数器的初始值是可利用的资源数目(有界缓冲区的长度)。其次，它是确保产品的生产者和消费者之间动作同步的同步器。生产者要生产一个产品时，首先对资源信号量g_hFullSemaphore和互斥信号量g_hMutex进行P操作，申请资源。如果可以通过的话，就生产一个产品，并把产品送入缓冲区。然后对互斥信号量g_hMutex和资源信号量g_hEmptySemaphore进行V操作，释放资源。消费者要消费一个产品时，首先对资源信号量g_hEmptySemaphore和互斥信号量g_hMutex进行P操作，申请资源。如果可以通过的话，就从缓冲区取出一个产品并消费掉。然后对互斥信号量g_hMutex和资源信号量g_hFullSemaphore进行V操作，释放资源。如果缓冲区中已经没有可用资源，就把申请资源的进程添加到等待队列的队尾。如果有一个资源被释放，在等待队列中的第一个进程被唤醒并取得这个资源的使用权。5七、流程图：1、生产者62、消费者7八、运行结果1、截图一：82、截图二：93、截图三：104、截图四：11九、源程序//本程序于2005.12.25在VC++6.0下运行通过//系统环境：WindowsXP#includewindows.h#includeiostreamconstunsignedshortSIZE_OF_BUFFER=20;//有界缓冲区长度intg_buffer[SIZE_OF_BUFFER];//开辟缓冲区，用数组表示，可以看成是一个循环队列unsignedshortProductID=0;//新生产出来的产品的产品号unsignedshortConsumeID=0;//被消耗的产品的产品号unsignedshortin=0;//产品进缓冲区时的缓冲区下标，用于记录生产者的指针位置unsignedshortout=0;//产品出缓冲区时的缓冲区下标，用于记录消费者的指针位置boolg_continue=1;//控制程序运行：1表示继续运行，0表示停止运行HANDLEg_hMutex;//线程间的互斥信号量HANDLEg_hFullSemaphore;//资源信号量：缓冲区满HANDLEg_hEmptySemaphore;//资源信号量：缓冲区空DWORDWINAPIProducer(LPVOID);//生产者线程DWORDWINAPIConsumer(LPVOID);//消费者线程constunsignedshortPRODUCERS_COUNT=4;//生产者的个数constunsignedshortCONSUMERS_COUNT=3;//消费者的个数constunsignedshortTHREADS_COUNT=PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;//总线程数HANDLEhThreads[PRODUCERS_COUNT];//各线程的handleDWORDproducerID[CONSUMERS_COUNT];//生产者线程的标识符DWORDconsumerID[THREADS_COUNT];//消费者线程的标识符/*----------------------------生产一个产品开始------------------------------*///生产一个产品，输出其ID号12voidProduce(){std::coutstd::endl;std::cerr生产一个产品:++ProductID;std::coutstd::endl;}/*----------------------------生产一个产品结束------------------------------*//*----------------------把新生产的产品放入缓冲区开始------------------------*///把新生产的产品放入缓冲区voidAppend(){std::cerr把生产的产品送入缓冲区;g_buffer[in]=ProductID;in=(in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerrstd::endl;std::cout缓冲区产品生产者/消费者std::endl;//新产品放入缓冲区后，输出缓冲区当前的状态for(inti=0;iSIZE_OF_BUFFER;++i){//输出缓冲区下标if(i10)std::coutig_buffer[i];elsestd::coutig_buffer[i];if(i==in){if(g_buffer[i]10)std::cout;else13std::cout;std::cout--生产者;//输出生产者的指针位置}if(i==out){if(g_buffer[i]10)std::cout;elsestd::cout;std::cout--消费者;//输出消费者的指针位置}std::coutstd::endl;}}/*----------------------把新生产的产品放入缓冲区结束------------------------*//*----------------------------消费一个产品开始------------------------------*/voidConsume()//消费一个产品{std::coutstd::endl;std::cerr消费一个产品:ConsumeID;std::coutstd::endl;}/*----------------------------消费一个产品结束------------------------------*//*-----------------------从缓冲区中取出一个产品开始-------------------------*///从缓冲区中取出一个产品voidTake(){std::coutstd::endl;14std::cerr从缓冲区取出一个产品;ConsumeID=g_buffer[out];out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerrstd::endl;std::coutstd::endl;std::cout缓冲区产品生产者/消费者std::endl;//取出一个产品后，输出缓冲区当前的状态for(inti=0;iSIZE_OF_BUFFER;++i){//输出缓冲区下标if(i10)std::coutig_buffer[i];elsestd::coutig_buffer[i];if(i==in){if(g_buffer[i]10)std::cout;elsestd::cout;std::cout--生产者;//输出生产者的指针位置}if(i==out){if(g_buffer[i]10)std::cout;elsestd::cout;std::cout--消费者;//输出消费者的指针位置}15std::coutstd::endl;}}/*-----------------------从缓冲区中取出一个产品结束-------------------------*//