操作系统课程设计报告生产者与消费者算法的实现.docx
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操作系统课程设计报告生产者与消费者算法的实现
操作系统课程设计报告
生产者与消费者算法的实现
课程名称：
计算机操作系统课程设计
小组成员：
班级：
时间：
目录
1课设简介：
1
1.1课程设计题目1
1.2课程设计小组成员1
1.3小组成员任务分配情况及每人所占工作比例1
2生产者和消费者原理分析1
3生产者与消费者功能描述：
1
4数据结构分析2
5生产者与消费者实现代码2
6心得体会7
参考文献：
7
相关工具：
8
致谢：
8
1课设简介：
1.1课程设计题目
生产者与消费者算法的实现
1.2课程设计小组成员
张洋、巢蕾、段敏
1.3小组成员任务分配情况及每人所占工作比例
张洋负责：
分析设计消费一个产品方法和主方法并且画出流程图，后期组织组内成员成果汇总进行本组总体报告撰写。
巢蕾负责：
分析设计生产者的行为方法和消费者的行为方法，并且画出流程图
段敏负责：
分析设计生产产品的方法和把新生产的产品放入缓冲区，并且画出流程图。
2生产者和消费者原理分析
在同一个进程地址空间内执行的两个线程。
生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。
消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。
当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区。
当消费者线程消费物品时，如果没有满的缓冲区，那么消费者线程将被阻塞，直到新的物品被生产出来。
3生产者与消费者功能描述：
3.1生产者功能描述
在同一个进程地址空间内执行的两个线程。
生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。
当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区。
3.2消费者功能描述
消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。
当消费者线程消费物品时，如果没有满的缓冲区，那么消费者线程将被阻塞，直到新的物品被生产出来。
3.3程序结构图：
4数据结构分析
生产者与消费者实现：
这其中主要是通过多线程，来实现生产者和消费者之间的协调问题。
生产者（producer）——消费者（consumer）：
通过一些记录性变量，来记录模拟实现生产者的行为，通过输入语句的提示
程序采用OO设计模式，缓存区采用数组结构存储。
5生产者与消费者实现代码
#include
#include
constunsignedshortSIZE_OF_BUFFER=10;//缓冲区长度
unsignedshortProductID=0;//产品号
unsignedshortConsumeID=0;//将被消耗的产品号
unsignedshortin=0;//产品进缓冲区时的缓冲区下标
unsignedshortout=0;//产品出缓冲区时的缓冲区下标
intg_buffer[SIZE_OF_BUFFER];//缓冲区是个循环队列
boolg_continue=true;//控制程序结束
HANDLEg_hMutex;//用于线程间的互斥
HANDLEg_hFullSemaphore;//当缓冲区满时迫使生产者等待
HANDLEg_hEmptySemaphore;//当缓冲区空时迫使消费者等待
DWORDWINAPIProducer（LPVOID）;//生产者线程
DWORDWINAPIConsumer（LPVOID）;//消费者线程
intmain（）
{
//创建各个互斥信号
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）;
//调整下面的数值，可以发现，当生产者个数多于消费者个数时，
//生产速度快，生产者经常等待消费者；反之，消费者经常等待
constunsignedshortPRODUCERS_COUNT=3;//生产者的个数
constunsignedshortCONSUMERS_COUNT=1;//消费者的个数
//总的线程数
constunsignedshortTHREADS_COUNT=PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;
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
//创建生产者线程
for（inti=0;ihThreads[i]=CreateThread（NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]）;
if（hThreads[i]==NULL）return-1;
}
//创建消费者线程
for（i=0;ihThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread（NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[i]）;
if（hThreads[i]==NULL）return-1;
}
while（g_continue）{
if（getchar（））{//按回车后终止程序运行
g_continue=false;
}
}
return0;
}
//生产一个产品。
简单模拟了一下，仅输出新产品的ID号
voidProduce（）
{
std:
:
cerr<<"Producing"<<++ProductID<<"...";
std:
:
cerr<<"Succeed"<:
endl;
}
//把新生产的产品放入缓冲区
voidAppend（）
{
std:
:
cerr<<"Appendingaproduct...";
g_buffer[in]=ProductID;
in=（in+1）%SIZE_OF_BUFFER;
std:
:
cerr<<"Succeed"<:
endl;
//输出缓冲区当前的状态
for（inti=0;istd:
:
cout<"<if（i==in）std:
:
cout<<"<--生产";
if（i==out）std:
:
cout<<"<--消费";
std:
:
cout<:
endl;
}
}
//从缓冲区中取出一个产品
voidTake（）
{
std:
:
cerr<<"Takingaproduct...";
ConsumeID=g_buffer[out];
out=（out+1）%SIZE_OF_BUFFER;
std:
:
cerr<<"Succeed"<:
endl;
//输出缓冲区当前的状态
for（inti=0;istd:
:
cout<"<if（i==in）std:
:
cout<<"<--生产";
if（i==out）std:
:
cout<<"<--消费";
std:
:
cout<:
endl;
}
}
//消耗一个产品
voidConsume（）
{
std:
:
cerr<<"Consuming"<std:
:
cerr<<"Succeed"<:
endl;
}
//生产者
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;
}
//消费者
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;
}
/*一个消费者三个生产者：
/*三个生产者三个消费者
/*三个消费者一个生产者
/*三个生产者四个消费者
6心得体会
本次课程设是关于生产者与消费者之间互斥和同步的问题。
问题的实质是P、V操作，实验设一个共享缓冲区，生产者和消费者互斥的使用，当一个线程使用缓冲区的时候，另一个让其等待直到前一个线程释放缓冲区为止。
生产者与消费者是一个与现实有关的经典问题，与“和尚挑水”问题的原理相同，通过此原理举一反三可以解决其他类似的问题。
通过本课程设计，我们对操作系统的p、v进一步的认识，深入的了解p、v操作的实质和其重要性。
课本的理论知识进一步阐述了现实中的实际问题。
实验中，我们小组分工合作，共同学习，虽然在课程设计中遇到了一些问题，但在老师和同学的细心指导和热心帮助下解决了。
同时，了解到团队精神的重要性，也为以后的学习和工作打下了坚实的基础，同时积累了宝贵的经验。
参考文献：
[1]汤小丹梁红兵哲凤屏汤子瀛计算机操作系统（第三版）西安电子科技大学出版社2007.12
相关工具：
[1]代码编写、分析工具：
VisualC++
[2]流程图分析工具：
Microsoftvisio
致谢：
感谢张瑞红老师细心指导，在实践中培养了我不畏艰难险阻，勇往直前的精神。
学习知识，锻炼了能力，再次感谢老师的悉心教诲！
感谢桂明月同学的帮助,让我们这一组能够顺利完成课程设计!
感谢小组成员的辛勤努力！
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