生产者消费者问题设计与实现.docx

1、生产者消费者问题设计与实现操作系统 课程设计任务书学 院计算机与信息工程专 业计算机科学与技术课程名称操作系统题 目生产者消费者问题设计与实现完成期限自2015年6月23日至2015年6月29日共1周一、项目的目的1.理生产者消费者问题基本概念和工作原理，以及实现技术；2.理解并掌握生产者消费者问题相关算法，以及它的实现方法；3.掌握在eclipse环境下，系统开发的基本步骤和方法；4.掌握在eclipse环境下，设计和开发一个简单的生产者消费者问题系 统来模拟操作系统中生产者消费者问题。二、项目任务的主要内容和要求内1.精读并理解和掌握生产者消费者问题；容2.编写程序来模拟生产者消费者问题的

2、实现；及3.编写应用程序测试生产者消费者问题，并显示结果。任三、项目设计（研究）思路务本课程设计的基本思路是，首先理解和掌握生产者消费者问题的基本思想和原理，然后根据理解的基本思想和原理编程实现生产者消费者问题，最后通过数据分析生产者消费者问题。四、具体成果形式和要求成果：生产者消费者问题程序语言实现；设计说明书。要求：编写好的生产者消费者问题程序能够正确启动运行；设计说明书规范、合理。进起止日期工作内容度2015.6.23 至 2015.6.24熟悉相关内容安2015.6.25 至 2015.6.26系统设计和实现排2015.6.27 至 2015.6.29系统实现和撰写相关文档主 要 参

3、考 资 料1.计算机操作系统汤子瀛哲凤屏 汤小丹主编西安电子科技大学出 版社2.计算机操作系统概论陈宏杨忠耀主编重庆邮电大学出版社.3.计算机操作系统基本知识廖成 崔阳主编电子工业出版社.4操作系统实现与设计陆刚望能主编电子工业出版社.5.java程序语言设计丁振凡主编，薛清华副主编清华大学出版社 .指导教师意见（签字）： 年 月曰系（教研室）主任意见（签字）：年 月曰1.选题背景 12.设计思路 13.过程讨论 14.结果分析 75.结论 8参考文献 9致谢 1.0 附录 1.0 指导教师评语 错 误 ! 未定义书签。成绩评定 错.误 !.未. 定义书签。1.选题背景生产者消费者问题是研究多

4、线程程序时绕不开的经典问题之一，它描述是有 一块缓冲区作为仓库，生产者可以将产品放入仓库，消费者则可以从仓库中取走 产品。解决生产者/消费者问题的方法可分为两类：（1）采用某种机制保护生产 者和消费者之间的同步；（2）在生产者和消费者之间建立一个管道。第一种方 式有较高的效率，并且易于实现，代码的可控制性较好，属于常用的模式。第二 种管道缓冲区不易控制，被传输数据对象不易于封装等，实用性不强。 因此本文只介绍同步机制实现的生产者/消费者问题。同步问题核心在于：如何保证同一资源被多个线程并发访问时的完整性。常 用的同步方法是采用信号或加锁机制，保证资源在任意时刻至多被一个线程访 问。Java语言

5、在多线程编程上实现了完全对象化，提供了对同步机制的良好支 持。在Java中一共有四种方法支持同步，其中前三个是同步方法，一个是管道 方法。2.设计思路2.1.生产者一消费者问题是一种同步问题的抽象描述。2.2 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。2.3而当某个进程释放资源时，则它就相当一个生产者3.过程论述首先，生产者和消费者可能同时进入缓冲区，甚至可能同时读 /写一个存储单元，将导致执行结果不确定。这显然是不允许的。所以，必须使生产者和消费 者互斥进入缓冲区。即某时刻只允许一个实体（生产者或消费者）访问缓冲区，

6、生产者互斥消费者和其他任何生产者。其次，生产者不能向满的缓冲区写数据，消费者也不能在空缓冲区中取数据， 即生产者与消费者必须同步。当生产者产生出数据，需要将其存入缓冲区之前， 首先检查缓冲区中是否有“空”存储单元，若缓冲区存储单元全部用完，则生产 者必须阻塞等待，直到消费者取走一个存储单元的数据，唤醒它。 若缓冲区内有“空”存储单元，生产者需要判断此时是否有别的生产者或消费者正在使用缓冲 区，若是有，则阻塞等待，否则，获得缓冲区的使用权，将数据存入缓冲区，释 放缓冲区的使用权。消费者取数据之前，首先检查缓冲区中是否存在装有数据的 存储单元，若缓冲区为“空”，则阻塞等待，否则，判断缓冲区是否正在

7、被使用， 若正被使用，若正被使用，则阻塞等待，否则，获得缓冲区的使用权，进入缓冲区取数据，释放缓冲区的使用权3.1系统流程图3.1.1生产者流程图:3.1.2消费者流程图:3.1.3主程序流程图:3.1.4生产者：ProducerThread/ 定义生产者线程class ProducerThread implements Runnable int productNo = 0; / 产品编号 int id ; / 生产者 ID public ProducerThread( int id) this .id = id ;public void run() while ( isRun ) produ

8、ctNo +; / 生产产品 buffers .put( productNo , id ); / 将产品放入缓冲队列 try Thread. sleep (1000); catch (Exception e) e.printStackTrace(); 3.1.5消费者 ConsumerThread/ 定义消费者线程class ConsumerThread implements Runnable int id ; / 消费者 ID public ConsumerThread( int id) this .id = id ;public void run() while ( isRun ) buf

9、fers .get( id ); / 从缓冲队列中取出产品 try Thread. sleep (1000); catch (Exception e) e.printStackTrace();3.1.6缓冲区 Buffer class Buffer JTextArea ta;static final int productBufferNum = 10; / 缓冲单元数 ProductBuffer pBuffer = new ProductBuffer productBufferNum ; / 缓冲队列int in = 0; / 缓冲单元指针，用于放产品 get()int out = 0; /

10、缓冲单元指针，用于取产品 put()int consumeProductNo; / 记录消费产品的编号int usedBufferNum = 0; / 记录缓冲队列已使用的缓冲单元个数public Buffer (JTextArea ta)this .ta = ta ;/ 初始化for (int j =0; j productBufferNum ; j +)pBuffer j = newProductBuffer();for (int i =0; i productBufferNum ; i +)pBuffer i . product = -1;pBuffer i . hasProduct =

11、 false ;/ 取产品public synchronized void get( int id )/ 缓冲队列空则等待if ( usedBufferNum = 0)try super .wait(); catch (Exception e) e.printStackTrace();consumeProductNo= pBuffer out. product ; / 取出产品 pBuffer out. product = 0; / 清空缓冲单元 pBuffer out. hasProduct = false ; / 置无产品 标识 usedBufferNum-;/ 输出本次取产品后缓冲队列的

12、情况ta .append(消费者+id +将产品+consumeProductNoT 从缓冲单元 +out +取出，缓冲队列状态如下： n );printBuffer();out=(out+1)%productBufferNum ; / 更新指针/ 唤醒等待线程super .notify();/ 放产品public synchronized void put( int productNo, int id)/ 缓冲队列满则等待if ( usedBufferNum = productBufferNum )try super .wait(); catch (Exception e)e.printSt

13、ackTrace();pBuffer in . product = productNo ; / 放产品pBuffer in . hasProduct = true ; / 置“有产品”标识 usedBufferNum+;/ 输出本次放入产品后，缓冲队列的情况ta .append(生产者+id +将产品+productNo +放入缓冲单元+in +, 缓冲队列状态如下： n );printBuffer();in=(in +1)%productBufferNum ; / 更新指针/ 唤醒等待线程super.notify();/ 打印缓冲队列当前情况private void printBuffer(

14、)ta.append( 缓冲单元编号 产品编号缓冲单元状态 n );for (int i =0; i productBufferNum ; i +)ta.append( t +i +t +pBuffer i . product +t +pBuffer i . hasProdu ct +n );/* 一个缓冲单元*/class ProductBuffer int product ; / 存放产品编号boolean hasProduct; / 标识该缓冲区是否有产品， true 有产品， false 无产品3.1.7图形界面 createUIpublic void createUI()JFrame frame = new JFrame( 生产者消费者 );JPanel panel = new JPanel( newBorderLayout(); /ta.setBackground(Color.blue);JScrollPane scrPane = new JScrollPane( ta); panel .add( scrPa