实现生产者消费者问题课程设计报告书Word文件下载.docx

1、指导教师：军工作单位：题目: 实现生产者消费者问题初始条件：学习了高级语言程序设计、汇编语言、数据结构、计算机组成原理课程，掌握了一种计算机高级语言。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量与其技术要求，以与说明书撰写等具体要求）1.通过研究Linux的线程机制和信号量实现生产者消费者（Bounded Buffer）问题的并发控制。2.实验条件要求：每人一台与Linux主机联网的Windows主机，普通用户权限。3.编程与上机实现；4.撰写课程设计报告，包括：1）设计题目与要求2）总的设计思想与系统平台、语言、工具等。3）数据结构与模块说明（功能与流程图）4）源程序5）运行结果与运行情况6）调

2、试记录7）自我评析和总结时间安排：序号阶段容所需时间1消化资料、系统设计1天2编程、调试天3撰写报告合计天指导教师签名：2011年12月26日系主任（或责任教师）签名：年月日1设计题目与要求1.1设计题目1.2设计要求（1）每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后，即时显示有界缓冲区的全部容、当前指针位置和生产者消费者线程的标识符。（2）生产者和消费者各有两个以上。（3）多个生产者或多个消费者之间须共享对缓冲区进行操作的函数代码。2 设计思想与系统平台、语言、工具2.1 设计思想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

3、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。 在同一时刻只能有一个生产者或一个消费者使用缓冲区，有互斥信号量可以控制各个生产者和消费者之间互斥，使得生产和消费的工作能够有序的进行，而不至于发生死锁。 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一样的，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

4、关系来实现。 在本问题中,共需要一个Mutex和两个Semaphore.其中,Mutex是用来锁定临界区的,以解决对共享数据buffer的互斥访问问题（无论是对生成者还是对消费者）;共需要两个Semaphore,这是因为在本问题中共有两个稀缺资源.第一种是非空这种资源,是在消费者之间进行竞争的.第二种是非满这种资源,是在生产者之间进行竞争的.所以,一般来说,需要锁定临界区,就需要Mutex;有几种稀缺资源就需要几个Semaphore.对稀缺资源的分析不能想当然.稀缺资源不一定是指被共享的资源,很多时候是指线程会被阻塞的条件（除了要进临界区被阻塞外）.在生产者消费者问题中,消费者会在缓冲区为空时

5、被阻塞,所以是一种稀缺资源;需要设置一个信号量consumer_semaphore,初值设为0;生产者会在缓冲区为满时被阻塞,所以也是一种稀缺资源.需要设置一个信号量producer_semaphore,初值设为buffer的大小MAX_BUFFER2.2 系统平台与语言、工具（1）操作系统：Linux（2）程序设计语言：C语言（3）编译器：GCC3 数据结构与模块说明共享数据：#define NUM 20int queueNUM;int p = 0,c = 0;/记录动态数组下标位置sem_t blank_number, product_number;pthread_mutex_t coun

6、ter_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;生产者线程入口函数：void *producer_thread_fun（ unsigned int *arg） int realarg= （int）arg;/强制类型转换参数 producer（realarg）; return NULL;生产者线程处理函数：void *producer（const int i） while（1） sem_wait（&blank_number）; pthread_mutex_lock（&counter_mutex）; sleep（2）; queuep=p+1; pthread_mutex

7、_unlock（& sem_post（&product_number）; sleep（rand（） % 5）;/Random block 0-4 seconds 生产者线程的函数流程图如下：消费者线程入口函数：void *consumer_thread_fun（void *arg） int realarg = （int）arg; consumer（realarg）;消费者线程的处理函数:void *consumer（const int i） sleep（rand（） % 5）; 消费者线程的处理函数流程图如下：4 源程序#include pthread.hstdio.hsemaphore.h#

8、include/ Record location of the dynamic array subscript/Producer Function int j; time_t t;srand（unsigned） time（&t）;/Initialize the random number seed while（1） sem_wait（& printf（Producer Number %d thread identifier: %u ,i+1,（unsigned int）pthread_self（）;Produce %dn,queuep）;The current state of the buf

9、fe：*n）; Number: for（j = 0;j NUM;j +） printf（%4d,j+1）; n Value: NUM;,queuej）;nPointer:j+） if（j != p）printf（ else printf（ +np=（p + 1）%NUM;/pbackward one/Production of the thread entry function/Force type conversion parameters/Consumer functionConsumer Number %d thread identifier:Consumed %dn,queuec）; queuec = 0;/Fill empty position 0The current state of the buffer：Number: n Pointer:= c） - c = （c + 1）%NUM;sleep（rand（） % 5）;/consumer thread entry functionvoid *consumer_thread_fun（void