燕山大學(xué)操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書

題目：多道程序緩沖區(qū)協(xié)調(diào)操作（模擬生產(chǎn)者消費(fèi)者問題）課題負(fù)責(zé)人:班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):A課題開發(fā)日期：2014年1月13日自評(píng)成績(jī)：學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱：操作系統(tǒng)目錄TOC\o"1-5"\h\z1概述3目的3\o"CurrentDocument"主要完成的任務(wù)3\o"CurrentDocument"使用的開發(fā)工具、開發(fā)語言3\o"CurrentDocument"本軟件解決的主要問題42設(shè)計(jì)的基本理念、概念和原理4\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)的基本理念4基本概念4\o"CurrentDocument"基本原理53總體設(shè)計(jì)5基本的技術(shù)路線：面向?qū)ο?\o"CurrentDocument"模塊關(guān)系及總體流程54詳細(xì)設(shè)計(jì)7變量設(shè)計(jì)7\o"CurrentDocument"線程的設(shè)計(jì)7button按鈕的設(shè)計(jì)85編碼設(shè)計(jì)9開發(fā)環(huán)境9注意事項(xiàng)9\o"CurrentDocument"主要代碼設(shè)計(jì)9PUTTER線程的設(shè)計(jì)9MOVER1線程的設(shè)計(jì)10GETTER1線程的設(shè)計(jì)11“開始”按鈕的設(shè)計(jì)12“結(jié)束”按鈕的設(shè)計(jì)14解決的主要難題166測(cè)試出現(xiàn)的問題及其解決方案167工程總結(jié)168參考文獻(xiàn)16多道程序緩沖區(qū)協(xié)調(diào)操作演示程序設(shè)計(jì)說明書1概述目的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最不可缺少的，最常用的軟件，也是核心的，最接近于計(jì)算機(jī)硬件的軟件。其特點(diǎn)是內(nèi)容繁多，概念抽象，因此造成理解困難，掌握不易。本軟件的主要目的是通過直觀的演示，使學(xué)生能夠感性的明白掌握多道程序及其進(jìn)程同步和互斥的程序設(shè)計(jì)的基本方法。主要完成的任務(wù)可隨機(jī)產(chǎn)生字符數(shù)據(jù)，由生產(chǎn)者的put操作不斷將生產(chǎn)的字符數(shù)據(jù)放入容器1(Buffer1)中。通過搬運(yùn)者的Move1操作要不斷地將容器1(Buffer1)的數(shù)據(jù)取到容器2(Buffer2)中。通過搬運(yùn)者的Move2操作要不斷地將容器1(Buffer1)的數(shù)據(jù)取到容器3(Buffer3)中。通過消費(fèi)者1的GET操作不斷的從容器2(buffer2)中取出數(shù)據(jù)通過消費(fèi)者2的GET操作不斷地從容器3(Buffer3)中取出數(shù)據(jù)。生產(chǎn)者，搬運(yùn)者，消費(fèi)者的數(shù)目，buffer容量可自己設(shè)定，但數(shù)目不宜過多；默認(rèn)為生產(chǎn)者5，消費(fèi)者1為5，消費(fèi)者2為5，Move1為2，Move2為2,buffer1容量為10，buffer2容量為10，buffer3容量為10。PUT、Move1、Move2、GET1，GET2每次操作一個(gè)數(shù)據(jù)，在操作的過程中數(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。能夠?qū)崟r(shí)顯示Buffer的操作過程，以及每個(gè)Buffer的當(dāng)前放入的數(shù)據(jù)，每個(gè)buffer中的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。能夠?qū)ιa(chǎn)者，搬運(yùn)者，消費(fèi)者的速度進(jìn)行自由控制。當(dāng)程序運(yùn)行開始后，計(jì)時(shí)器就開始計(jì)時(shí)，直到運(yùn)行結(jié)束，顯示運(yùn)行的總時(shí)間。運(yùn)行結(jié)束后，能夠匯總總運(yùn)行時(shí)時(shí)間、已生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)、消費(fèi)者1已消費(fèi)產(chǎn)品數(shù)、消費(fèi)者2已消費(fèi)的產(chǎn)品數(shù)、總消費(fèi)的產(chǎn)品數(shù)。使用的開發(fā)工具、開發(fā)語言開發(fā)工具：VS2010開發(fā)語言：C++C++是面向?qū)ο蟮囊环N編程語言，窗口程序設(shè)計(jì)中MFC已經(jīng)將windows最底層的API函數(shù)以類的形式封裝好，使用方便。其特點(diǎn)有：1.面向?qū)ο?；平臺(tái)無關(guān)性；安全性；健壯性；本軟件解決的主要問題對(duì)Buffer操作的多線程同步問題，利用操作系統(tǒng)的P、V原語操作和C++語言的Thread線程對(duì)put、move、get等多線程進(jìn)行協(xié)調(diào)處理，實(shí)現(xiàn)了多線程并發(fā)執(zhí)行的原理。用程序演示了操作系統(tǒng)中經(jīng)典的生產(chǎn)者和消費(fèi)者問題。2設(shè)計(jì)的基本理念、概念和原理設(shè)計(jì)的基本理念使用VS2010創(chuàng)建了一個(gè)基本對(duì)話框類，并在對(duì)話框中添加了基本需要的所有控件：（1）buffer1，buffer2,buffer3三個(gè)LISTBOX控件，用于顯示各個(gè)buffer中的當(dāng)前內(nèi)容。（2）添加了3個(gè)編輯框控件，分別用于對(duì)3個(gè)容器（buffer）容量的控制。（3）添加1個(gè)編輯框控件用于輸入數(shù)值確定線程執(zhí)行速度。（4）添加5個(gè)編輯框控件，用于對(duì)生產(chǎn)者，移動(dòng)物流，消費(fèi)者數(shù)量的控制。五個(gè)線程用于對(duì)buffer容器的控制（PUTTER，MOVER1，MOVER2，GETTER1，GETTER2）：（1）PUTTER線程產(chǎn)生隨機(jī)字符，并放入buffer1中，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者的生產(chǎn)過程。（2）MOVER1，MOVER2線程分別將buffer1中的數(shù)據(jù)移動(dòng)至buffer2和buffer3中。（3）GETTER1，GETTER2線程分別將buffer2和buffer3中的數(shù)據(jù)字

符移出，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者的消費(fèi)過程。多個(gè)變量分別統(tǒng)計(jì)需要顯示的數(shù)據(jù)：（1）三個(gè)變量分別統(tǒng)計(jì)buffer1，buffer2，buffer3中的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示出來。（2）五個(gè)變量進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，顯示最后的運(yùn)行總時(shí)間，生產(chǎn)者生產(chǎn)數(shù)量，消費(fèi)者消費(fèi)數(shù)量。通過MFC的對(duì)話框中按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)所有線程的控制：（1）“開始”按鈕：開始所有線程，實(shí)現(xiàn)多線程程序同步。（2）“結(jié)束”按鈕：結(jié)束所有線程，并顯示數(shù)據(jù)匯總情況。2.2基本概念面向?qū)ο?，進(jìn)程，線程，線程的同步，線程的互斥，多道程序?；驹斫?jīng)典的生產(chǎn)者與消費(fèi)者同步原理，通過互斥體和互斥信號(hào)來實(shí)現(xiàn)線程的等待，線程間的同步問題，線程之間的協(xié)調(diào)的問題。總體設(shè)計(jì)基本的技術(shù)路線：面向?qū)ο筮\(yùn)用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)所要求的PUTTER，MOVER1，MOVER2,GETTER1，GETTER2五個(gè)線程，達(dá)到信號(hào)量的控制，變量的值確定，實(shí)現(xiàn)BUFFER一次只能操作一個(gè)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)線程的同步，阻塞以及他們之間的協(xié)調(diào)問題。模塊關(guān)系及總體流程Pca對(duì)話框類：主界面設(shè)計(jì)、顯示數(shù)據(jù)、過程演.示—?―kPUTTER線程：生產(chǎn)者：執(zhí)行put操作—?MOVER1線程：搬運(yùn)者1:執(zhí)行move1操作―?MOVER2線程：搬運(yùn)者2:執(zhí)行move2操作—AGETTER1線程：消費(fèi)者1:執(zhí)行g(shù)et操作—?GETTER2線程：消費(fèi)者2：執(zhí)行g(shù)et操作圖1.模塊關(guān)系圖2.總體流程詳細(xì)設(shè)計(jì)變量設(shè)計(jì)g_hMutex1,g_hMutex2,g_hMutex3:三個(gè)互斥體，分別控制一次只能對(duì)buffer實(shí)現(xiàn)一次操作。g_hFullItems1，g_hFullItems2，g_hFullItems3g_hEmptyItems1，g_hEmptyItems2，g_hEmptyItems3：六個(gè)信號(hào)量，分別控制buffer中是否有空閑空間以及是否有數(shù)據(jù)可供移動(dòng)，并進(jìn)行互斥操作。clock_t類型的start,finish變量，通過調(diào)用clock()函數(shù)得到線程運(yùn)行的總時(shí)間。structPThread{intptid;CpacDlg*dlg;};定義線程的結(jié)構(gòu)體，用于線程通過結(jié)構(gòu)體參數(shù)調(diào)用窗口類，從而實(shí)現(xiàn)線程對(duì)窗口的控制。SIZE_1,SIZE_2,SIZE_3:編輯框控件添加的變量，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)對(duì)容器buffer容量的控制。SPEED:控件添加的變量，實(shí)現(xiàn)對(duì)線程速度的控制。Produce_Num,Consumer1_Num,Consumer2_Num,Move1_Num,Move2_Num：控件添加的變量，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)者，消費(fèi)者，物流移動(dòng)數(shù)量的控制。Con1_Num,Pro_Num,Con2_Num,Con_Num：控件添加的變量，實(shí)現(xiàn)最終的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總顯示。Buffer1，buffer2，buffer3:ListBox控件添加的控制變量，用于顯示各個(gè)buffer中的字符數(shù)據(jù)內(nèi)容。線程的設(shè)計(jì)PUTTER線程產(chǎn)生隨機(jī)字符，并放入buffer1中，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者的生產(chǎn)過程。DWORDWINAPIPUTTER(LPVOIDpara)編寫代碼要有良好