操作系统课设报告.docx

1、操作系统课设报告操作系统课程设计报告题目： 生产者-消费者问题 专 业： 网络工程 班 级： 网络111 学 号： 201110314003 姓 名： 吴超 上海海事大学信息工程学院2013年 12月 15日目 录1. 课程设计任务描述与要求 12.系统总体结构描述和主要数据结构说明 13.课程设计报告内容 34.总结 20附录:程序使用说明 211. 课程设计任务描述与要求1.1 任务描述程序首先读入data文件，根据文件内容建立相应数量的线程，类型为P的线程为生产者，类型为C的线程为消费者；建立一个链表，作为缓冲区，用来存放生产者生产的产品，每个产品占用一个链表结点，消费者从该链表中读取产

2、品信息。1.2 任务要求每个线程根据文件中定义的等待时间，调用Sleep（）函数休眠，然后根据“生产或消费产品的数量”字段生产或消费产品；若链表中无产品可以消费，那么消费者需要等待。每次放入或消费产品成功后，向result结果文件中写入一行记录，记录格式如下：线程编号、类型、本次生产或消费产品的数量。生产者和消费者信息存放在data文件中，格式如下：1P 332C 523P 814P 725C 826C 93各数据的含义如下：线程编号类型等待时间 （秒）生产或消费产品的数量1P （生产者）332C （消费者）523P （生产者）814P （生产者）735C （消费者）826C （消费者）123

3、2.系统总体结构描述和主要数据结构说明2.1 系统总体结构描述设计了两个主要函数：生产者函数、消费者函数；设计了三个信号量：full信号量 ，判断缓冲区是否有值，初值为0；empty信号量，判断缓冲区是否有空缓冲区，初值为缓冲区数；mutex信号量作为互斥信号量，用于互斥的访问缓冲区。生产者函数通过执行P操作信号量empty减1，判断缓冲区是否有空。有空则互斥的访问缓冲区并放入数据，然后释放缓冲区，执行操作，信号量full加1。消费者函数执行P操作，信号量full减1，判断是否有数据，有则互斥的访问缓冲区并取走数据，然后释放缓冲区，执行操作，empty信号量加1。3.课程设计报告内容3.1 模

4、块功能该实验主要分为三大模块:1. 主程序，创建并控制程序的流程，其中控制线程的活动以及信号量的操作，如图3-1-1所示；2.生产者模块：生产者对缓冲区的操作，如图3-1-2所示；3.消费者模块：消费者对缓冲区的操作，如图3-1-3所示。3.2 详细流程图图3-1-1 主程序 图3-1-2生产者 图3-1-3消费者通过分析，我们已经了解到了可以采用信号量来解决n个进程的临界区问题，这n个进程共享一个信号量mutex(mutual exclusion)，并初始化为1。每个进程Pi的组织结构如下图。由于本系统我们研究的是有限缓冲区（Bounded-Buffer）的生产者消费者问题。而且根据初始条件

5、可知，该缓冲区内有20个缓冲项，每个缓冲项存储一个整形数。信号量mutex提供了对缓冲池访问的互斥要求，并初始化为1。信号量empty和full分别用来表示空缓冲项和满缓冲项的数量。信号量empty初始化为20，而信号量full初始化为0；生产者进程和消费者进程的代码如图。注意生产者和消费者之间的对称性可以这样来理解代码：生产者为消费者生产满缓冲项，或消费者为生产者生产空缓冲项。3.3程序清单和详细注释 #include #include#include#include#include#include#include #include#includeusing namespace std; c

6、onst int ArraySize=100;const int Buffer_Number=10; HANDLE empty, full, mutex;char *produce10 = Product_1, Product_2, Product_3, Product_4, Product_5, Product_6, Product_7, Product_8, Product_9, Product_10;struct Buffer int arrayBuffer_Number; int in,out; buffer;struct ProcParam int threadID; char ty

7、pe; double wait_time; int count;/生产者线程unsigned _stdcall Producer (void* arg) ProcParam *param; /定义一个param数组，数组的每个单元存放一个对应线程的参数 param=(ProcParam*)arg; int nextp; int produce_num; int count = param-count; int t=param-wait_time; printf(线程号码%d是 %c，生产中.正在生产%d个n,param-threadID, param-type,count); while (c

8、ount-) Sleep(t); produce_num = rand() %10; printf(线程%d: 产出产品:%sn, param-threadID, produceproduce_num); WaitForSingleObject(empty, -1); WaitForSingleObject(mutex, -1); nextp = buffer.in; buffer.in = (buffer.in + 1) % Buffer_Number; printf(线程%d: 正在向array%d丢产品：%sn, param-threadID, nextp, produceproduce

9、_num); ofstream outFile; /同时将该信息写入磁盘的某txt文件中 ，该函数要#include outFile.open(result.txt,ios:app) ; /该txt 文件名可自己命名，第1次open时磁盘 中没有该文件，系统会创建一个空白的。 outFileThread ID=threadID 类别：type 生产数量：1 ; outFilecount; int t=param-wait_time; while(count-) printf(线程号码%d是 %c: 消费中.n, param-threadID,param-type); WaitForSingle

10、Object(full, -1); WaitForSingleObject(mutex, -1); nextc = buffer.out; buffer.out = (buffer.out + 1) % Buffer_Number; con_num = buffer.arraynextc; printf(线程%d: 正在消费位于编号array%d的产品：%sn, param-threadID, nextc, producecon_num); ofstream outFile; /同时将该信息写入磁盘的某txt文件中 ，该函数要#include outFile.open(result.txt,i

11、os:app) ; /该txt 文件名可自己命名，第1次open时磁盘 中没有该文件，系统会创建一个空白的。 outFileThread ID=threadID 类型：type 消费数量：1 ; outFileparami.threadID; inFileparami.type; inFileparami.wait_time; inFileparami.count; i+; inFile.get(); threadnumber=0; totalThreads=0; int w=i; for(i=0;iw;i+) if(parami.type=P) totalThreads+; ThreadNu

12、mthreadnumber=i+1; hThreadthreadnumber = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Producer, (void*)¶mthreadnumber, 0, &threadIDi); threadnumber+; else totalThreads+; ThreadNumthreadnumber=i+1; hThreadthreadnumber = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Consumer, (void*)¶mthreadnumber, 0, &threadIDi); threa

13、dnumber+; /等待所有的生产者和消费者执行完毕 WaitForMultipleObjects(totalThreads, hThread, true, INFINITE); /关闭所有打开的句柄 for(i=0; itotalThreads; i+) CloseHandle(hThreadi); CloseHandle(mutex); CloseHandle(empty); CloseHandle(full); printf(程序即将结束。n); getchar(); return 0;3.4程序执行结果截图3.4.1 生产者消费者截图图3-4-1创建线程截图3.4.2 自动生成记录截

14、图 图3-4-2 自动生成记录截图4.总结本次的实验是在刚刚接触到操作系统这门课之后，伴随着操作系统这门课的学习，对于这门课的认识也更加深刻，包括此次做的实验内容，生产者消费者问题也有了一定的认识。生产者进程和消费真进程共享一个有若干数据位置的缓冲区，缓冲区中有n个存放数据的位置，生产者生产产品放入缓冲区，而消费从缓冲中取产品消费，只要缓冲未满，生产者就可以将生产的产品放入缓冲，这种同步规则同时也就表明，如果缓冲区产品满，没有空的位置，则生产者就只能等待消费者取走产品，如果缓冲中没有产品，消费者就不能取产品消费，只能等待生产者放入产品。为解决生产者和消费者进程同步的问题，设置两个信号灯full

15、和empty。这里，信号灯有两个功能：首先它是资源生产和消费的计数器，其次，它是生产者和消费者之间的同步器。信号灯full表示缓冲中存放的产品的数量，初始值为0，每当生产者生产一个产品放入缓冲后。就执行v（full）操作，就是加1操作，表示缓冲区中加入一个产品，每当消费者在取走产品前，执行p（full）操作，其作用是判断缓冲中是否有产品，如果有，则取走一个产品。P操作使得产品数量减一。另外，由于有界缓冲区是一个临界资源，必须互斥使用，因此，需要设置一个互斥灯信号mutex，其初始值为1.本来对于这个问题不是很明白，但是经过问老师和同学的交流，终于找到了方法，用了上面的方法来解决这个问题。感觉到自己对于这方面的知识还有所欠缺，必须认真努力的好好学习。这次的课程设计是大学生活中相当有意义的一次。参考书目：1 刘腾红、骆正华，计算机操作系统（北京，清华大学出版社，2008年；2 张坤。姜立秋、赵慧然，操作系统实验教程（北京，清华大学出版社，2008年；3 汤小丹、梁红兵、哲凤屏、汤子瀛，计算机操作系统，西安电子科技大学出版社，2007年。