大工20秋《操作系统》大作业答案.docx

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大工20秋《操作系统》大作业答案

学习中心：

专业：

计算机与网络技术

年级：

2020年春季

学号：

学生：

题目：

题目三：

进程同步与互斥生产者与消费者问题

1.谈谈你对本课程学习过程中的心得体会与建议？

  单单抽象出生产者和消费者，还够不上是生产者—消费者问题。

该问题还需要有一个缓冲区处于生产者和消费者之间，作为一个中介。

生产者把数据放入缓冲区，而消费者从缓冲区取出数据。

产生数据的模块，就形象地称为生产者；而处理数据的模块，就称为消费者。

  单单抽象出生产者和消费者，还够不上是生产者—消费者问题。

该问题还需要有一个缓冲区处于生产者和消费者之间，作为一个中介。

生产者把数据放入缓冲区，而消费者从缓冲区取出数据。

题目三：

进程同步与互斥生产者与消费者问题

总则：

不限制编程语言，可以选用C/C++等（具体工具平台及语言可以自己根据自己的习惯选用，不必完全按照上述技术要求）

要求：

（1）撰写一份word文档，里面包括（设计思路、流程（原理）图、源代码）章节。

（2）设计思路：

简单描述生产者与消费者问题。

可设计生产者进程主要计算进程，消费者进程输出打印进程，二者彼此独立，运行速度不确定，可能会产生还未生产就需要消费这种情况，此时引用一个或若干个缓冲区，存放生产者生产的信息，解决速度不确定带来的问题。

（3）流程（原理）图：

绘制流程图或原理图。

（4）源代码：

列出源代码，也可以仅列出伪代码。

（5）整个word文件名为[姓名奥鹏卡号学习中心]（如戴卫东101410013979浙江台州奥鹏学习中心[1]VIP）

在多道程序环境下，系统中可能存在许多的进程，在这些进程之间必定存在一些制约关系，这种制约关系表现为以下两种形式：

①资源共享关系。

进程之间不知道其他进程的存在，而这些进程又处在同一个系统中，对系统资源必须共享使用，而有些资源不允许进程同时访问，例如打印机。

系统只能保证进程间互斥地使用这种临界资源，称这种资源共享关系叫做互斥； 

②相互合作关系。

在某些进程间还存在一种相互合作的关系。

例如在某个系统中存在两个进程，输入进程A和计算进程B，A负责向B提供数据，当缓冲区空时，B进程因不能获得所需数据而等待。

当A把数据送入缓冲区后，并向B发送一个信号将B唤醒，B才能取走数据。

同样，当B没有提取数据，也就是说缓冲区满时，进程A也无法向其中投入数据而等待。

这就是一种相互合作关系，称之为进程间的同步关系。

设计思路：

生产者—消费者问题是一种同步问题的抽象描述。

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。

而当某个进程释放资源时，则它就相当一个生产者。

流程（原理）图：

1、生产者

2、消费者

基本内容：

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。

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。

源代码：

//本程序于2005.12.25在VC++6.0下运行通过

//系统环境：

WindowsXP

#include

#include

constunsignedshortSIZE_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handle

DWORDproducerID[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

voidProduce（）

{

std:

:

cout<

:

endl;

std:

:

cerr<<"生产一个产品:

"<<++ProductID;

std:

:

cout<

:

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:

:

cerr<

:

endl;

std:

:

cout<<"缓冲区产品生产者/消费者"<

:

endl;

//新产品放入缓冲区后，输出缓冲区当前的状态

for（inti=0;i

{

//输出缓冲区下标

if（i<10）

std:

:

cout<

else

std:

:

cout<

if（i==in）

{

if（g_buffer[i]<10）

std:

:

cout<<"";

else

std:

:

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<<"";

else

std:

:

cout<<"";

std:

:

cout<<"<--消费者";//输出消费者的指针位置

}

std:

:

cout<

:

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:

:

cout<

:

endl;

std:

:

cerr<<"消费一个产品:

"<

std:

:

cout<

:

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:

:

cout<

:

endl;

std:

:

cerr<<"从缓冲区取出一个产品";

ConsumeID=g_buffer[out];

out=（out+1）%SIZE_OF_BUFFER;

std:

:

cerr<

:

endl;

std:

:

cout<

:

endl;

std:

:

cout<<"缓冲区产品生产者/消费者"<

:

endl;

//取出一个产品后，输出缓冲区当前的状态

for（inti=0;i

{

//输出缓冲区下标

if（i<10）

std:

:

cout<

else

std:

:

cout<

if（i==in）

{

if（g_buffer[i]<10）

std:

:

cout<<"";

else

std:

:

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<<"";

else

std:

:

cout<<"";

std:

:

cout<<"<--消费者";//输出消费者的指针位置

}

std:

:

cout<

:

endl;

}

}

/*--------------从缓冲区中取出一个产品结束------------*/

/*------------生产者线程开始----------------*/

//生产者线程

DWORDWINAPIProducer（