操作系統(tǒng)課程設計多線程

燕山大學課程設計說明書————操作系統(tǒng)題目：多道程序緩沖區(qū)協(xié)調(diào)操作班級：計算機應用2班開發(fā)小組名稱：Beyond軟件開發(fā)小組課題負責人:張鵬課題組成員：姓名學號班級自評成績張鵬090104010071應用2班A李倩090104010064應用2班B課題開發(fā)日期：2012.1.9—2012.1.13概述1.1課程設計目的本次課程設計的主要目的是通過模擬多道程序緩沖區(qū)協(xié)調(diào)操作，充分理解操作系統(tǒng)中進程、線程及線程間同步和互斥的概念；并通過自己編寫程序了解軟件開發(fā)流程，鍛煉自己的編程能力，充分提高自己的綜合能力。1.2主要完成任務模擬設定PUT、GET、Move操作的如下圖所示，有多個PUT操作要不斷循環(huán)地向Buffer1送數(shù)據(jù)，有Move1操作和Move2操作要不斷地將Buffer1的數(shù)據(jù)取到Buffer2和Buffer3，有多個GET操作要不斷地從Buff2和Buffer3中取數(shù)據(jù)。PUT、MOVE、GET每次操作一個數(shù)據(jù)，為了在操作的過程中要保證數(shù)據(jù)不丟失,每個Buffer每次只能接受一個PUT或一個Move或一個Get，多個操作不能同時操作同一BUFFER。Get2Get2PutMove2Buff1Buff2Buff3Move1Get1PUTMOVEGET軟件能顯示各個Buffer的操作過程和每個Buffer中的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，放入、取出的總數(shù)據(jù)，可以設置Buffer的容量及放入、取出數(shù)據(jù)的速度，設置put、move、get操作的線程數(shù)和操作速度，軟件結束運行時可以顯示匯總數(shù)據(jù)，并能將統(tǒng)計結果保存到任意的路徑下。1.3解決的主要問題 在本次課程設計中解決的重要問題有線程間的同步和互斥問題，java語言軟件設計中面向?qū)ο笏枷敫鱾€類的創(chuàng)建方法及類之間互相操作問題，軟件界面設計問題。2.設計使用的基本概念和原理2.1多道程序多道程序設計技術是在計算機內(nèi)存中同時存放幾道相互獨立的程序，使他們在管理程序控制下，相互穿插運行。2.2進程進程是并發(fā)程序的執(zhí)行，是多道程序系統(tǒng)中程序的執(zhí)行過程。2.3線程線程是進程中的一個實體，是被系統(tǒng)獨立調(diào)度和分派的基本單位。線程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點運行中必不可少的資源，但它可與同屬一個進程的其他線程共享進程所擁有的資源。2.4同步和互斥相互合作的進程需要在某些點上協(xié)調(diào)，先到達某點的進程需要等待后到達的進程，進程間的這種協(xié)調(diào)關系叫同步?；コ馐且环N特殊的同步方式。當多個進程需要使用相同的資源，而次資源在任意時刻卻只能供一個進程使用。獲得資源的進程可以繼續(xù)執(zhí)行，沒有獲得資源的進程必須等待。進程間的這種相互排斥關系叫做互斥。2.5基本原理設計的基本理念是運用面向?qū)ο蠹夹g，設計三個緩沖區(qū)類Buffer1，Buffer2，Buffer3，主要屬性有容量，當前數(shù)據(jù)量，放入、取出數(shù)據(jù)量，放入、取出速度等，主要方法有放入、取出等；然后設計線程類Producer，Transporter1，Transporter2，Consumer1，Consumer2，主要屬性有線程個數(shù)，線程操作速度，主要方法是重新run（）方法，調(diào)用相應Buffer的put和get方法，執(zhí)行對Buffer的操作。利用信號量機制，對線程進行等待，喚醒操作，實現(xiàn)線程間的同步和互斥；利用線程的休眠時間來模擬放入，取出的速度以及各個線程操作的速度。3.總體設計3.1基本技術路線本程序主要利用面向?qū)ο缶幊谭椒?，采用java提供的多線程技術，來模擬實現(xiàn)P、V操作。3.2總體結構、模塊關系本程序中Producer線程可以調(diào)用Buffer1的put方法向Buffer1中放入數(shù)據(jù)；Transporter1線程可以調(diào)用Buffer1的get方法，調(diào)用Buffer2的put方法，將數(shù)據(jù)從Buffer1中取出放入Buffer2中；Transporter2線程可以調(diào)用Buffer1的get方法，調(diào)用Buffer3的put方法，將數(shù)據(jù)從Buffer1中取出數(shù)據(jù)放入Buffer3中；Consumer1線程可以調(diào)用Buffer2的get方法，從Buffer2中取出數(shù)據(jù)；Consumer2線程調(diào)用Buffer3的get方法，從Buffer3中取數(shù)據(jù)。程序運行前可以在設置中設置各個參數(shù)的值；程序運行中會在主界面顯示各個Buffer中的操作，以及各個Buffer中的數(shù)據(jù)信息，包括現(xiàn)有數(shù)據(jù)，放入數(shù)據(jù)和取出數(shù)據(jù)，還能顯示程序運行時間；程序運行結束后可以在菜單中點擊統(tǒng)計按鈕，查看所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結果，并能保存結果到任意文件中。3.3總體流程3.31各個界面截圖主界面截圖數(shù)據(jù)統(tǒng)計窗口（可以點擊保存，保存到任意文件中）、參數(shù)設置和使用說明界面3.32總體流程圖主界面主界面菜單時間顯示退出系統(tǒng)結束運行啟動程序信息顯示菜單時間顯示退出系統(tǒng)結束運行啟動程序信息顯示狀態(tài)信息文件設置幫助操作過程狀態(tài)信息文件設置幫助操作過程統(tǒng)計退出參數(shù)設置使用說明關于統(tǒng)計退出參數(shù)設置使用說明關于4.詳細設計4.1主要類的描述4.11三個緩沖區(qū)類Buffer1、Buffer2、Buffer3三個類的內(nèi)容類似，以Buffer1為例說明。主要屬性：privateintbuffercount;//Buffer當前數(shù)據(jù)量privateintbuffernum;//Bufffer的容量privateintputnum=0;//放入數(shù)量privateintgetnum=0;//取出數(shù)量privatelongputtime=1000;//放入速度privatelonggettime=1000;//取出速度主要方法：publicsynchronizedvoidput()throwsInterruptedException{//put方法向Buffer中放數(shù)據(jù)，synchronized關鍵字確定只能有一個線程操作Bufferwhile(buffercount>=this.buffernum){//當前數(shù)量大于等于容量時等待this.wait();}try{Thread.sleep(this.getPuttime());}catch(InterruptedExceptione){}this.setBuffercount(++this.buffercount);//當前數(shù)據(jù)量加1this.setPutnum(++this.putnum);//放入數(shù)據(jù)量加1MainFrame.jTextArea1.append(Thread.currentThread().getName().toString()+""+getBuffercount()+"\n");//操作顯示在主界面MainFrame.jTextField1.setText(Integer.toString(getBuffercount()).toString().trim());//當前數(shù)據(jù)量顯示在主界面MainFrame.jTextField4.setText(Integer.toString(this.putnum));//放入數(shù)據(jù)量在主界面顯示this.notifyAll();//喚醒所有等待的線程}publicsynchronizedvoidget()throwsInterruptedException{//put方法從Buffer中取數(shù)據(jù)while(buffercount<=0){//如果當前數(shù)據(jù)小于等于0等待this.wait();}try{Thread.sleep(this.getGettime());}catch(InterruptedExceptione){}this.setBuffercount(--this.buffercount);//當前數(shù)據(jù)量減1this.setGetnum(++this.getnum);//取出數(shù)據(jù)量加1MainFrame.jTextArea1.append(Thread.currentThread().getName().toString()+""+getBuffercount()+"\n");//操作顯示在主界面MainFrame.jTextField1.setText(Integer.toString(getBuffercount()).toString().trim());//當前數(shù)據(jù)量顯示在主界面MainFrame.jTextField7.setText(Integer.toString(this.getnum));//取出數(shù)據(jù)量顯示在主界面this.notifyAll();//喚醒所有等待的線程}}4.12Producer類主要屬性：privateintputnum=1;//put線程的數(shù)量private longtime=1000;//控制線程速度主要方法：publicvoidrun(){//重寫接口Rannable中的run方法try{while(this.getRun()){Thread.sleep(this.gettime());buffer.put();//調(diào)用Buffer1的put方法}}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}}4.13Transporter1和Transporter2類兩個類類似以Transporter1為例說明。主要屬性：privatelongtime=1000;//控制線程速度 privateintmovenum=1;//線程個數(shù)主要方法：publicvoidrun(){//重寫接口Rannable中的run方法try{while(this.getRun()){Thread.sleep(this.gettime());buffer1.get();//調(diào)用Buffer1的get方法buffer2.put();//調(diào)用Buffer2的put方法}}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}}4.14Consumer1和Consumer2類兩個類類似以Consumer1為例說明。主要屬性：privateintgetnum=1;//get線程的數(shù)量 Privatelongtime=1000;//線程的速度主要方法：publicvoidrun(){//重寫接口Rannable中的run方法try{while(this.getRun()){Thread.sleep(this.gettime());buffer.get();//調(diào)用Buffer2的get方法}}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}}4.15各個窗體類各個窗體類主要通過軟件JBuilder2006畫圖，代碼自動生成，然后寫事件函數(shù)，以主頁面為例說明。主要事件處理方法：publicvoidqiDong_actionPerformed(ActionEvente){//點擊啟動運行按鈕后對應操作this.qidong.setEnabled(false);time.init();//初始化時間對象Threadt=newThread(time);t.start();Shezhi();//設置參數(shù)方法jTextArea1.setText("");//以下為清空主界面顯示jTextArea2.setText("");jTextArea3.setText("");jTextField1.setText("");jTextField2.setText("");jTextField3.setText("");jTextField4.setText("");jTextField5.setText("");jTextField6.setText("");jTextField7.setText("");jTextField8.setText("");jTextField9.setText("");buffer1.setBuffercount(0);buffer1.setGetnum(0);buffer1.setPutnum(0);buffer2.setBuffercount(0);buffer2.setGetnum(0);buffer2.setPutnum(0);buffer3.setBuffercount(0);buffer3.setGetnum(0);buffer3.setPutnum(0);producer.running();//設置各個線程可以運行transporter1.running();transporter2.running();consumer1.running();consumer2.running();this.jMenuItem5.setEnabled(false);Threadproducers[]=newThread[producer.getPutnum()];//創(chuàng)建producer線程for(inti=0;i<producers.length;i++){producer.running();producers[i]=newThread(producer,"put_"+i);producers[i].start();}Threadtransporters1[]=newThread[transporter1.getMovenum()];//創(chuàng)建Transporter1線程for(inti=0;i<transporters1.length;i++){transporter1.running();transporters1[i]=newThread(transporter1,"tansporter1_"+i);transporters1[i].start();}Threadtransporters2[]=newThread[transporter2.getMovenum()];//創(chuàng)建Transporter2線程for(inti=0;i<transporters2.length;i++){transporter2.running();transporters2[i]=newThread(transporter2,"tansporter2_"+i);transporters2[i].start();}Threadconsumers1[]=newThread[consumer1.getGetnum()];//創(chuàng)建Consumer1線程for(inti=0;i<consumers1.length;i++){consumer1.running();consumers1[i]=newThread(consumer1,"consumer1_"+i);consumers1[i].start();}Threadconsumers2[]=newThread[consumer2.getGetnum()];//創(chuàng)建Consumer2線程for(inti=0;i<consumers2.length;i++){consumer2.running();consumers2[i]=newThread(consumer2,"consumer2_"+i);consumers2[i].start();}}publicvoidjieshu_actionPerformed(ActionEvente){//點擊結束按鈕的對應操作this.qidong.setEnabled(true);producer.stop();transporter1.stop();transporter2.stop();consumer1.stop();consumer2.stop();time.setstop();this.jMenuItem5.setEnabled(true);}publicvoidtuichu_actionPerformed(ActionEvente){//點擊退出系統(tǒng)按鈕對應操作System.exit(0);}publicvoidjMenuItem2_actionPerformed(ActionEvente){//點擊文件—>統(tǒng)計按鈕對應操作tj=newTongjiFrame(buffer1,buffer2,buffer3,producer,consumer1,consumer2,transporter1,transporter2);tj.setTitle("數(shù)據(jù)統(tǒng)計窗口");tj.setSize(600,400);tj.setVisible(true);}publicvoidjMenuItem1_actionPerformed(ActionEvente){//點擊文件—>退出按鈕對應操作System.exit(0);}publicvoidjMenuItem3_actionPerformed(ActionEvente){//點擊幫助—>使用說明對應操作help=newHelpFrame();help.setSize(580,460);help.setTitle("使用說明書");help.setVisible(true);help.setResizable(false);}publicvoidjMenuItem4_actionPerformed(ActionEvente){//點擊幫助—>關于按鈕對應操作about=newAboutFrame();about.setVisible(true);}publicvoidjMenuItem5_actionPerformed(ActionEvente){//點擊設置—>參數(shù)設置按鈕對應操作shezhi.setVisible(true);}}5.編碼設計5.1開發(fā)環(huán)境的設置和建立開發(fā)環(huán)境:操作系統(tǒng)為Windows7，開發(fā)軟件為JBuilder2006.5.2程序設計時要注意的事項注意面向?qū)ο蟮某绦蛟O計思想，任何一個類都是一個對。線程間的同步互斥操作，必須注意數(shù)據(jù)的安全性保護。5.3關鍵插進的特點和使用程序開發(fā)時主要用到JBuilder2006中畫圖的功能，其他代碼都是自己完成，沒有用到其他插件。5.4解決的技術難點1、多線程之間的同步、互斥問題2、Buffer的數(shù)據(jù)的安全問題3、對各個線程放入取出速度的任意控制問題。6.測試時出現(xiàn)過的問題及其解決方法1、問題：界面顯示不是預想大小解決方法：通過代碼調(diào)整各個界面的大小2、問題：一個類中的方法修改另一個類的屬性有錯誤解決方法：將那些屬性設置為靜態(tài)屬性7.軟件使用說明7.1基本功能程序運行后，再點擊啟動按鈕之前可以在菜單參數(shù)設置中設置各個參數(shù)的值。點擊啟動按鈕軟件運行，可以在主界面顯示各個Buffer中的操作以及各個Buffer中的狀態(tài)信息，包括Buffer中的現(xiàn)有數(shù)