操作系统课程设计进程同步模拟设计生产者和消费者问题0905林琪琛.docx
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操作系统课程设计进程同步模拟设计生产者和消费者问题0905林琪琛
学号：
0120910680527
课程设计
题目
进程同步模拟设计
——生产者和消费者问题
学院
计算机科学与技术学院
专业
软件工程
班级
0905
姓名
林琪琛
指导教师
刘军
2011
年
12
月
25
日
课程设计任务书
学生姓名：
林琪琛专业班级：
软件0905
指导教师：
刘军工作单位：
计算机科学与技术学院
题目:
进程同步模拟设计——生产者和消费者问题
初始条件：
1．预备内容：
阅读操作系统的进程管理章节内容，对进程的同步和互斥，以及信号量机制度有深入的理解。
2．实践准备：
掌握一种计算机高级语言的使用。
要求完成的主要任务:
（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1．模拟用信号量机制实现生产者和消费者问题。
2．设计报告内容应说明：
⑴需求分析；
⑵功能设计（数据结构及模块说明）；
⑶开发平台及源程序的主要部分；
⑷测试用例，运行结果与运行情况分析；
⑸自我评价与总结：
）你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色；
）什么地方做得不太好，以后如何改正；
）从本设计得到的收获（在编写，调试，执行过程中的经验和教训）；
）完成本题是否有其他方法（如果有，简要说明该方法）；
时间安排：
设计安排一周：
周1、周2：
完成程序分析及设计。
周2、周3：
完成程序调试及测试。
周4、周5：
验收、撰写课程设计报告。
（注意事项：
严禁抄袭，一旦发现，一律按0分记）
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
进程同步模拟设计
——生产者和消费者问题
1课设任务
本课程设计的任务在于，通过编写一个具体的有关操作系统进程同步互斥的经典问题，加强对操作系统实现进程间同步与互斥的机制的理解。
同时培养提出问题、发现知识、使用工具、解决问题的能力。
2“生产者—消费者”问题
问题描述：
一组生产者向一组消费者提供消息，它们共享一个有界缓冲区n，生产者向其中投放消息，消费者从中取得消息。
规则：
◆对于生产者进程：
产生一个数据，当要送入缓冲区时，要检查缓冲区是否已满，若未满，则可将数据送入缓冲区，并通知消费者进程；否则，等待；
◆对于消费者进程：
当它去取数据时，要看缓冲区中是否有数据可取，若有则取走一个数据，并通知生产者进程，否则，等待。
◆缓冲区是个临界资源，因此，诸进程对缓冲区的操作程序是一个共享临界区，所以，还有个互斥的问题。
问题分析：
该问题涉及到操作系统进程管理当中的两个重要概念——同步和互斥。
同步，表现在生产者和消费者需要协同工作，步调不能拉开太大（由缓冲区大小n决定，n越大，缓冲空间越大，步调可以拉得越开；n=1时，必须是生产一个，消费一个，生产者和消费者就完全同步了）。
当步调差距超过极限时，走在前面的当前进程（生产者）调用P原语时由于资源耗尽，被阻塞；步调靠后的继续向前推进。
由此实现同步。
互斥，表现在生产者与消费者、生产者与生产者、消费者与消费者任何两个成员之间必须互斥地使用缓冲区。
当有一个成员进入缓冲区存/取产品时，其他成员将被关在门外排队等候（被阻塞）；当完毕时，通知队首成员进入。
由操作系统理论可知，我们需要三个信号量，分别命名full,empty,mutex，来分别代表消费者的可用资源数、生产者的可用资源数、缓冲区是否可用。
初值：
full=0（消费者无资源可用），empty=N（生产者有N个资源可用，N代表缓冲区大小），mutex=1（缓冲区可用）。
3程序流程图：
4程序运行截图
5程序源代码
//comproDlg.cpp:
implementationfile
//
#include"stdafx.h"
#include"compro.h"
#include"comproDlg.h"
#ifdef_DEBUG
#definenewDEBUG_NEW
#undefTHIS_FILE
staticcharTHIS_FILE[]=__FILE__;
#endif
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//CAboutDlgdialogusedforAppAbout
//GlobalVariable
charbuffer[10];
intbuf_size;
HANDLEhFull;
HANDLEhEmpty;
HANDLEhMutex;
voidshow（CDC*pDC）
{
//TODO:
Addyourmessagehandlercodehereand/orcalldefault
CBrushbrush（RGB（100,250,100））;
pDC->Rectangle（150,20,300,320）;
pDC->SelectObject（brush）;
pDC->Rectangle（150,320-30*buf_size,300,320）;
}
classCAboutDlg:
publicCDialog
{
public:
CAboutDlg（）;
//DialogData
//{{AFX_DATA（CAboutDlg）
enum{IDD=IDD_ABOUTBOX};
//}}AFX_DATA
//ClassWizardgeneratedvirtualfunctionoverrides
//{{AFX_VIRTUAL（CAboutDlg）
protected:
virtualvoidDoDataExchange（CDataExchange*pDX）;//DDX/DDVsupport
//}}AFX_VIRTUAL
//Implementation
protected:
//{{AFX_MSG（CAboutDlg）
//}}AFX_MSG
DECLARE_MESSAGE_MAP（）
};
CAboutDlg:
:
CAboutDlg（）:
CDialog（CAboutDlg:
:
IDD）
{
//{{AFX_DATA_INIT（CAboutDlg）
//}}AFX_DATA_INIT
}
voidCAboutDlg:
:
DoDataExchange（CDataExchange*pDX）
{
CDialog:
:
DoDataExchange（pDX）;
//{{AFX_DATA_MAP（CAboutDlg）
//}}AFX_DATA_MAP
}
BEGIN_MESSAGE_MAP（CAboutDlg,CDialog）
//{{AFX_MSG_MAP（CAboutDlg）
//Nomessagehandlers
//}}AFX_MSG_MAP
END_MESSAGE_MAP（）
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//CComproDlgdialog
CComproDlg:
:
CComproDlg（CWnd*pParent/*=NULL*/）
:
CDialog（CComproDlg:
:
IDD,pParent）
{
//{{AFX_DATA_INIT（CComproDlg）
//NOTE:
theClassWizardwilladdmemberinitializationhere
//}}AFX_DATA_INIT
//NotethatLoadIcondoesnotrequireasubsequentDestroyIconinWin32
hEmpty=CreateSemaphore（NULL,10,10,"Empty"）;
hFull=CreateSemaphore（NULL,0,10,"Full"）;
hMutex=CreateMutex（NULL,1,"Mutex"）;
ReleaseMutex（hMutex）;
buf_size=0;
memset（buffer,0,10）;
m_hIcon=AfxGetApp（）->LoadIcon（IDR_MAINFRAME）;
}
voidCComproDlg:
:
DoDataExchange（CDataExchange*pDX）
{
CDialog:
:
DoDataExchange（pDX）;
//{{AFX_DATA_MAP（CComproDlg）
//NOTE:
theClassWizardwilladdDDXandDDVcallshere
//}}AFX_DATA_MAP
}
BEGIN_MESSAGE_MAP（CComproDlg,CDialog）
//{{AFX_MSG_MAP（CComproDlg）
ON_WM_SYSCOMMAND（）
ON_WM_PAINT（）
ON_WM_QUERYDRAGICON（）
ON_BN_CLICKED（IDC_PRODUCER,OnProducer）
ON_BN_CLICKED（IDC_COMSUMER,OnComsumer）
ON_WM_TIMER（）
//}}AFX_MSG_MAP
END_MESSAGE_MAP（）
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//CComproDlgmessagehandlers
BOOLCComproDlg:
:
OnInitDialog（）
{
CDialog:
:
OnInitDialog（）;
//Add"About..."menuitemtosystemmenu.
//IDM_ABOUTBOXmustbeinthesystemcommandrange.
ASSERT（（IDM_ABOUTBOX&0xFFF0）==IDM_ABOUTBOX）;
ASSERT（IDM_ABOUTBOX<0xF000）;
CMenu*pSysMenu=GetSystemMenu（FALSE）;
if（pSysMenu!
=NULL）
{
CStringstrAboutMenu;
strAboutMenu.LoadString（IDS_ABOUTBOX）;
if（!
strAboutMenu.IsEmpty（））
{
pSysMenu->AppendMenu（MF_SEPARATOR）;
pSysMenu->AppendMenu（MF_STRING,IDM_ABOUTBOX,strAboutMenu）;
}
}
//Settheiconforthisdialog.Theframeworkdoesthisautomatically
//whentheapplication'smainwindowisnotadialog
SetIcon（m_hIcon,TRUE）;//Setbigicon
SetIcon（m_hIcon,FALSE）;//Setsmallicon
CDC*pDC=GetDC（）;
show（pDC）;
//TODO:
Addextrainitializationhere
returnTRUE;//returnTRUEunlessyousetthefocustoacontrol
}
voidCComproDlg:
:
OnSysCommand（UINTnID,LPARAMlParam）
{
if（（nID&0xFFF0）==IDM_ABOUTBOX）
{
CAboutDlgdlgAbout;
dlgAbout.DoModal（）;
}
else
{
CDialog:
:
OnSysCommand（nID,lParam）;
}
}
//Ifyouaddaminimizebuttontoyourdialog,youwillneedthecodebelow
//todrawtheicon.ForMFCapplicationsusingthedocument/viewmodel,
//thisisautomaticallydoneforyoubytheframework.
voidCComproDlg:
:
OnPaint（）
{
if（IsIconic（））
{
CPaintDCdc（this）;//devicecontextforpainting
SendMessage（WM_ICONERASEBKGND,（WPARAM）dc.GetSafeHdc（）,0）;
//Centericoninclientrectangle
intcxIcon=GetSystemMetrics（SM_CXICON）;
intcyIcon=GetSystemMetrics（SM_CYICON）;
CRectrect;
GetClientRect（&rect）;
intx=（rect.Width（）-cxIcon+1）/2;
inty=（rect.Height（）-cyIcon+1）/2;
//Drawtheicon
dc.DrawIcon（x,y,m_hIcon）;
}
else
{
CDialog:
:
OnPaint（）;
}
}
//Thesystemcallsthistoobtainthecursortodisplaywhiletheuserdrags
//theminimizedwindow.
HCURSORCComproDlg:
:
OnQueryDragIcon（）
{
return（HCURSOR）m_hIcon;
}
voidCComproDlg:
:
OnProducer（）
{
//TODO:
Addyourcontrolnotificationhandlercodehere
CDC*pDC=this->GetDC（）;
HANDLEhThread=CreateThread（NULL,0,Producer,（LPVOID）pDC,0,NULL）;
CloseHandle（hThread）;
}
voidCComproDlg:
:
OnComsumer（）
{
//TODO:
Addyourcontrolnotificationhandlercodehere
CDC*pDC=this->GetDC（）;
HANDLEhThread=CreateThread（NULL,0,Comsumer,（LPVOID）pDC,0,NULL）;
CloseHandle（hThread）;
}
DWORDWINAPICComproDlg:
:
Producer（LPVOIDpDC）
{
WaitForSingleObject（hEmpty,INFINITE）;
WaitForSingleObject（hMutex,INFINITE）;
buffer[buf_size]='s';
buf_size+=1;
Sleep（3000）;
show（（CDC*）pDC）;
ReleaseSemaphore（hFull,1,NULL）;
ReleaseMutex（hMutex）;
return0;
}
DWORDWINAPICComproDlg:
:
Comsumer（LPVOIDpDC）
{
WaitForSingleObject（hFull,INFINITE）;
WaitForSingleObject（hMutex,INFINITE）;
buffer[buf_size]=0;
buf_size-=1;
Sleep（3000）;
show（（CDC*）pDC）;
ReleaseSemaphore（hEmpty,1,NULL）;
ReleaseMutex（hMutex）;
return0;
}
6参考文献
【1】汤子瀛等.计算机操作系统.西安电子科技大学出版社.2007年2月
【2】张尧学等编著，计算机操作系统教程，清华出版社。
2002.2
【3】严蔚敏，吴伟民编著，数据结构，清华大学出版社。
2002
【4】陈向群编著，操作系统教程，北京大学出版社，2001.07
【5】郑莉等编著，C++语言设计。
北京：
清华大学出版社.2000
7个人小结
本次实验比较仓促，各门考试课程设计蜂拥而至，忙的焦头烂额，但是这段时间的忙碌让我学到了很多很多东西，尤其是做操作系统的课设，开始的时候一点头绪都没有，然后不停得看书看课件，问同学，上网查资料，然后是用VC代码实现，学到的东西不可谓不多，通过一个学期的操作系统学习，我越来越觉得计算机不是个什么神秘的东西，它只是个很复杂的机器，各种各样的机制算法让计算机实现它的功能，同时每个机制和算法都是有它的用途和方法的，我们学计算机的人，就是要掌握这些东西，会个C，会个VC，会弄几个小程序都不是我们学习目标，我觉得应该从深层去挖掘计算机，去了解计算机，这才是我们要做到的。
同时我也向老师认错，上课有好多次都没有认真听，现在有蛮多操作系统的知识都蛮模糊。
本科生课程设计成绩评定表
班级：
姓名：
学号：
序号
评分项目
满分
实得分
1
学习态度认真、遵守纪律
10
2
设计分析合理性
10
3
设计方案正确性、可行性、创造性
20
4
设计结果正确性
40
5
设计报告的规范性
10
6
设计验收
10
总得分/等级
评语：
注：
最终成绩以五级分制记。
优（90-100分）、良（80-89分）、中（70-79分）、
及格（60-69分）、60分以下为不及格
指导教师签名：
20年 月 日
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