缓冲池模拟与实现.docx

1、缓冲池模拟与实现 长春理工大学大学学生实验报告书 学生用表 实验名称 缓冲池的模拟实现课程名称 操作系统 课程号 学院(系) 软件学院 专业 软件工程 班级 学生姓名 学号 实验地点 实验日期 一、实验目的 1 掌握缓冲池的结构 2 掌握缓冲池的使用方法 二、实验内容 1、实现输入、计算、输出进程并发执行 2、实现getBuf和putBuf函数。 三、实验步骤 1、整体设计 包括三个线程的模拟设计 三个队列的链表设计 还有三个队列的同步与互斥的设计等 2、由于本次实验没有需要太多的数据结构 因此 数据结构的设计就只有三个缓冲队列的设计 先构造一个空的缓冲队列 该队列是一个实体 即是一个确定的有

2、结点的链表 它是模拟缓冲池的载体 输入与输出队列在构造时只有它的头尾指针 而没有它的实体 这是因为它可以从空缓冲区里获得 例如 当计算线程要数据计算时 便可从空队列里获取一个缓冲区 作为输入缓冲使用再把它挂载到输入队列的队尾中去 算法流程图 实验内容如下 /缓冲队列类型的定义 #define EMQ 0 /空缓冲队列 #define INQ 1 /输入缓冲队列 #define OUTQ 2 /输出缓冲队列 const int bufferpoolsize = 50; /缓冲池大小,默认设置为50个 /结束运行标志 short int m_end ; GDOU-B-11-112 /缓冲结构体的定

3、义 typedef struct Buffer int BufNo; /缓冲区号 int buf; /缓冲内容 Buffer *next; /缓冲指向下一个指针 buffer; /线程函数声明 DWORD WINAPI InputThreadFunc(LPVOID lpPara); /输入线程函数 DWORD WINAPI OutputThreadFunc(LPVOID lpPara); /输出线程函数 DWORD WINAPI CalThreadFunc(LPVOID lpPara); /计算线程函数 /加入与摘取队列函数声明 void putBuf(int type , buffer *b

4、uf); /挂载到队列尾 buffer* getBuf(int type); /从队列头中摘取一个缓冲区 /构造缓冲池函数的声明 void ConstructBuffer(); /线程的句柄 HANDLE hInputT; /输入线程 HANDLE hOutputT; /输出线程 HANDLE hCalculateT; /计算线程 /线程的ID DWORD InputTid; /输入线程 DWORD OutputTid; /输出线程 DWORD CalculateTid; /计算线程 /三个互斥量信号句柄 HANDLE hmutexEMQ; /空队列的互斥信号量 HANDLE hmutexOU

5、TQ; /装满输出队列的互斥信号量 HANDLE hmutexINQ; /装满输入队列的互斥信号量 /三个同步信号量 HANDLE hsemINQ; HANDLE hsemOUTQ; HANDLE hsemEMQ; #include windows.h #include iostream #include stdlib.h #include time.h #include Main1.h using namespace std; /三个缓冲队列头与尾指针 buffer *hemq , *hinq , *houtq; /队头指针 buffer *lemq , *linq , *loutq; /队

6、尾指针 /主函数 int main() coutshow1endlshow2endlshow3endlendl; m_end = 1 ; /运行结束标志 ConstructBuffer(); /构造缓冲池 /创建互斥对象 hmutexEMQ = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); hmutexOUTQ = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); hmutexINQ = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); /创建信号量对象 hsemINQ = CreateSemaphore(NULL,0,bufferpoolsize,NULL)

7、; hsemOUTQ = CreateSemaphore(NULL,0,bufferpoolsize,NULL); hsemEMQ = CreateSemaphore(NULL,bufferpoolsize,bufferpoolsize,NULL); /创建线程 hInputT = CreateThread(NULL,0,InputThreadFunc,NULL,0,&InputTid); Sleep(10); hCalculateT = CreateThread(NULL,0,CalThreadFunc,NULL,0,&CalculateTid); Sleep(10); hOutputT =

8、 CreateThread(NULL,0,OutputThreadFunc,NULL,0,&OutputTid); /Sleep(10000); /system(pause); if(getchar() /按回车后终止程序运行 m_end = 0 ; cout程序已经终止!buf = nRandom ; cout输入线程从 缓冲单元 BufNodata= bufendl; ReleaseMutex(hmutexEMQ); /释放互斥对象信号 /控制访问输入队列的互斥量 WaitForSingleObject(hmutexINQ,INFINITE); putBuf(INQ,getbuf) ; /

9、将输入的缓冲区挂载到输入队列的队尾 ReleaseMutex(hmutexINQ); ReleaseSemaphore(hsemINQ,1,NULL); return 0; /输出线程函数的实现 DWORD WINAPI OutputThreadFunc(LPVOID lpPara) /输出线程函数 buffer* Outputbuf ; /一个临时交换区 while(m_end) Sleep(100); /同步与互斥的控制 WaitForSingleObject(hsemOUTQ,INFINITE); WaitForSingleObject(hmutexOUTQ,INFINITE); Out

10、putbuf = getBuf(OUTQ) ; /从输出队列中提取一个提取输出缓冲区 cout输出线程从 缓冲单元 BufNodata= bufbuf = -1 ; /提取完成后将该缓冲区回收 ReleaseMutex(hmutexOUTQ); WaitForSingleObject(hmutexEMQ,INFINITE); putBuf(EMQ,Outputbuf) ; /回收的把它挂载到空队列的队尾 ReleaseMutex(hmutexEMQ); ReleaseSemaphore(hsemEMQ,1,NULL); return 0; /计算线程函数的实现 DWORD WINAPI Cal

11、ThreadFunc(LPVOID lpPara) /计算线程函数 buffer* Calbuf1 = NULL; buffer* Calbuf2 =NULL; int nCal; while(m_end) Sleep(10); /因为计算线程的速度远远快于输入与输出线程 所以它的休眠时间应很小 /同步与互斥的控制 WaitForSingleObject(hsemINQ,INFINITE); WaitForSingleObject(hmutexINQ,INFINITE); Calbuf1 = getBuf(INQ); /从输入队列中提取一个收容输入缓冲区 nCal = Calbuf1-buf;

12、 /提取数据 cout计算线程从 缓冲单元 BufNodata= bufbuf = -1 ; /系统将收回此缓冲区 表示该缓冲区已空 ReleaseMutex(hmutexINQ); WaitForSingleObject(hmutexEMQ,INFINITE); putBuf(EMQ,Calbuf1); ReleaseMutex(hmutexEMQ); ReleaseSemaphore(hsemEMQ,1,NULL); nCal = nCal + 10000 ; /模拟输入数据的处理 WaitForSingleObject(hsemEMQ,INFINITE); WaitForSingleOb

13、ject(hmutexEMQ,INFINITE); Calbuf2 = getBuf(EMQ); /得到一个空的缓冲区作为收容输出 Calbuf2-buf = nCal ; /存入运算结果 cout计算线程从 缓冲单元 BufNodata= bufnext-next != NULL) Returnbuf = hemq-next ; /取得队列头 hemq-next = Returnbuf-next; /修正队列链表头指针的指向 Returnbuf-next = NULL; return Returnbuf; else /假如该缓冲队列的个数只有一个的话 则使得队头指针与队尾指针相等级 /这样的

14、话就可以防止队尾指针的丢失 Returnbuf = hemq-next ; hemq-next = Returnbuf-next; Returnbuf-next = NULL; lemq = hemq ; return Returnbuf; break; case 1: if(hinq != linq & hinq-next-next != NULL) Returnbuf = hinq-next; hinq-next = Returnbuf-next; Returnbuf-next =NULL; return Returnbuf; else Returnbuf = hinq-next ; hi

15、nq-next = Returnbuf-next; Returnbuf-next = NULL; linq = hinq; return Returnbuf; break; case 2: if(houtq != loutq & houtq-next-next !=NULL ) Returnbuf = houtq-next ; houtq-next = Returnbuf-next; Returnbuf-next = NULL; return Returnbuf; else Returnbuf = houtq-next; houtq-next = Returnbuf-next ; Return

16、buf-next = NULL; loutq = houtq; return Returnbuf; break; /把某一类型的缓冲区挂载到队尾函数 /(实际相当于插入一个结点操作) void putBuf(int type , buffer* buf) switch(type) case 0: if(buf != NULL) /该参数(buf)不为空的时候 才执行 因为插入一个空的缓冲区是没有意义的 lemq-next = buf; /修正队列尾指针 lemq = buf ; /队尾指针的跟踪 lemq-next = NULL; /队列尾指针赋空 break; case 1: if(buf

17、!= NULL) /同上 linq-next = buf; linq = buf; linq-next = NULL; break; case 2: if(buf != NULL ) loutq-next = buf; loutq = buf; loutq-next = NULL; break; /构造缓冲池函数的声明 void ConstructBuffer() buffer *p , *q; / 为开辟动态缓冲区而设的两个变量 hemq = new buffer; /创建空队列的头指针 hinq = new buffer; /创建输入队列的头指针 houtq = new buffer; /创建输出队列的头指针 q = hemq ; for(int i = 0 ; i BufNo = i; /给开辟的缓冲区编号 p-buf = -1 ; q-next = p; /前一缓冲区指向新的缓冲区 q = p; /q总是记住队尾的缓冲区 lemq = q ; /空缓冲区队尾指针的确定 linq = hinq; /此时输入与输出队列的头指针与尾指针是一致的 loutq = houtq; lemq-next = NULL; linq-next = NULL; loutq-next = NULL; 四、实验总结 成绩 指导教师 日期 注:请用A4纸书写 不够另附纸。