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)

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)課程名稱：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)小組成員：班級(jí)：時(shí)間：2010-10-18目錄1課設(shè)簡(jiǎn)介： 1課程設(shè)計(jì)題目 1課程設(shè)計(jì)小組成員 1小組成員任務(wù)分配情況及每人所占工作比例 12 生產(chǎn)者和消費(fèi)者原理分析 13生產(chǎn)者與消費(fèi)者功能描述： 14數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析 25生產(chǎn)者與消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)代碼 26 心得體會(huì) 7參考文獻(xiàn)： 7相關(guān)工具： 8致謝： 81課設(shè)簡(jiǎn)介：生產(chǎn)者與消費(fèi)者算法的實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)小組成員張洋、巢蕾、段敏小組成員任務(wù)分配情況及每人所占工作比例張洋負(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)成員成果匯總進(jìn)行本組總體報(bào)告撰寫。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。生產(chǎn)者和消費(fèi)者原理分析在同一個(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)。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)。3生產(chǎn)者與消費(fèi)者功能描述： 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)。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)。程序結(jié)構(gòu)圖：4數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析生產(chǎn)者與消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)：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。生產(chǎn)者(producer)——消費(fèi)者(consumer)： 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)。5生產(chǎn)者與消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)代碼#include<windows.h>#include<iostream>constunsignedshortSIZE_OF_BUFFER=10;//緩沖區(qū)長(zhǎng)度unsignedshortProductID=0;//產(chǎn)品號(hào)unsignedshortConsumeID=0;//將被消耗的產(chǎn)品號(hào)unsignedshortin=0;//產(chǎn)品進(jìn)緩沖區(qū)時(shí)的緩沖區(qū)下標(biāo)unsignedshortout=0;//產(chǎn)品出緩沖區(qū)時(shí)的緩沖區(qū)下標(biāo)intg_buffer[SIZE_OF_BUFFER];//緩沖區(qū)是個(gè)循環(huán)隊(duì)列boolg_continue=true;//控制程序結(jié)束HANDLEg_hMutex;//用于線程間的互斥HANDLEg_hFullSemaphore;//當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)迫使生產(chǎn)者等待HANDLEg_hEmptySemaphore;//當(dāng)緩沖區(qū)空時(shí)迫使消費(fèi)者等待DWORDWINAPIProducer(LPVOID);//生產(chǎn)者線程DWORDWINAPIConsumer(LPVOID);//消費(fèi)者線程intmain(){//創(chuàng)建各個(gè)互斥信號(hào)g_hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);g_hFullSemaphore=CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);g_hEmptySemaphore=CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);//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)，//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constunsignedshortPRODUCERS_COUNT=3;//生產(chǎn)者的個(gè)數(shù)constunsignedshortCONSUMERS_COUNT=1;//消費(fèi)者的個(gè)數(shù)//總的線程數(shù)constunsignedshortTHREADS_COUNT=PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;HANDLEhThreads[PRODUCERS_COUNT];//各線程的handleDWORDproducerID[CONSUMERS_COUNT];//生產(chǎn)者線程的標(biāo)識(shí)符DWORDconsumerID[THREADS_COUNT];//消費(fèi)者線程的標(biāo)識(shí)符//創(chuàng)建生產(chǎn)者線程for(inti=0;i<PRODUCERS_COUNT;++i){hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);if(hThreads[i]==NULL)return-1;}//創(chuàng)建消費(fèi)者線程for(i=0;i<CONSUMERS_COUNT;++i){hThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[i]);if(hThreads[i]==NULL)return-1;}while(g_continue){if(getchar()){//按回車后終止程序運(yùn)行g(shù)_continue=false;}}return0;}//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)voidProduce(){std::cerr<<"Producing"<<++ProductID<<"...";std::cerr<<"Succeed"<<std::endl;}//把新生產(chǎn)的產(chǎn)品放入緩沖區(qū)voidAppend(){std::cerr<<"Appendingaproduct...";g_buffer[in]=ProductID;in=(in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerr<<"Succeed"<<std::endl;//輸出緩沖區(qū)當(dāng)前的狀態(tài)for(inti=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i){std::cout<<i<<":"<<g_buffer[i];if(i==in)std::cout<<"<--生產(chǎn)";if(i==out)std::cout<<"<--消費(fèi)";std::cout<<std::endl;}}//從緩沖區(qū)中取出一個(gè)產(chǎn)品voidTake(){std::cerr<<"Takingaproduct...";ConsumeID=g_buffer[out];out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerr<<"Succeed"<<std::endl;//輸出緩沖區(qū)當(dāng)前的狀態(tài)for(inti=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i){std::cout<<i<<":"<<g_buffer[i];if(i==in)std::cout<<"<--生產(chǎn)";if(i==out)std::cout<<"<--消費(fèi)";std::cout<<std::endl;}}//消耗一個(gè)產(chǎn)品voidConsume(){std::cerr<<"Consuming"<<ConsumeID<<"...";std::cerr<<"Succeed"<<std::endl;}//生產(chǎn)者DWORDWINAPIProducer(LPVOIDlpPara){while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE);WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);Produce();Append();Sleep(1500);ReleaseMutex(g_hMutex);ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL);}return0;}//消費(fèi)者DWORDWINAPIConsumer(LPVOIDlpPara){while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE);WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);Take();Consume();Sleep(1500);ReleaseMutex(g_hMutex);ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL);}return0;}/*一個(gè)消費(fèi)者三個(gè)生產(chǎn)者：/*三個(gè)生產(chǎn)者三個(gè)消費(fèi)者/*三個(gè)消費(fèi)者一個(gè)生產(chǎn)者/*三個(gè)生產(chǎn)者四個(gè)消費(fèi)者心得體會(huì)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。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。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。