大连理工大学《操作系统》大作业离线作业答案.docx
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大连理工大学《操作系统》大作业离线作业答案.docx
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大连理工大学《操作系统》大作业离线作业答案
学习中心:
专业:
计算机科学与技术
年级:
18年秋季
学号:
学生:
题目:
进程同步与互斥生产者与消费者问题
1.谈谈你对本课程学习过程中的心得体会与建议:
在学习操作系统之前,我只是很肤浅地认为操作系统只是单纯地讲一些关于计算机方面的操作应用,并不了解其中的具体操作过程和实用性。
通过这一学期的学习,我才知道操作系统(OperatingSystem,简称OS)是管理计算机系统的全部硬件资源包括软件资源及数据资源;控制程序运行;改善人机界面;为其它应用软件提供支持等,使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用,为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面。
经过一个学期的学习,我也知道了计算机操作系统是铺设在计算机硬件上的多层系统软件,不仅增强了系统的功能,而且还隐藏了对硬件操作的细节,由它实现了对计算机硬件操作的多层次的抽象。
操作系统的一些原理在生活中也有所应用本次课程设计中,完成本题我觉得还可以用其他语言来做,也让我更加熟悉掌握学习过的编程语言。
为实现生产者和消费者问题,使用的是C++语言,自我感觉比较好的是运用到了线程,将缓冲区作为一个循环队列,简单模拟了生产者和消费者对于缓冲区的输入输出,结果是比较成功的。
2.《操作系统》课程设计,从以下5个题目中任选其一作答。
《操作系统》课程设计
题目四:
进程同步与互斥生产者与消费者问题
要求:
(1)撰写一份word文档,里面包括(设计思路、流程(原理)图、源代码)章节。
(2)设计思路:
简单描述生产者与消费者问题。
可设计生产者进程主要计算进程,消费者进程输出打印进程,二者彼此独立,运行速度不确定,可能会产生还未生产就需要消费这种情况,此时引用一个或若干个缓冲区,存放生产者生产的信息,解决速度不确定带来的问题。
(3)流程(原理)图:
绘制流程图或原理图。
(4)源代码:
列出源代码,也可以仅列出伪代码。
1.需求分析
1.1问题描述:
一组生产者向一组消费者提供消息,它们共享一个有界缓冲区n,生产者向其中投放消息,消费者从中取得消息。
1.2规则:
对于生产者进程:
产生一个数据,当要送入缓冲区时,要检查缓冲区是否已满,若未满,则可将数据送入缓冲区,并通知消费者进程;否则,等待;
对于消费者进程:
当它去取数据时,要看缓冲区中是否有数据可取,若有则取走一个数据,并通知生产者进程,否则,等待。
缓冲区是个临界资源,因此,诸进程对缓冲区的操作程序是一个共享临界区,所以,还有个互斥的问题。
1.3信号灯设置:
两个同步信号灯--
empty:
表示空缓冲区的数目,初值为有界缓冲区的大小n;
full:
表示满缓冲区(即信息)的数目,其初值为0;
一个互斥信号灯--
mutex:
互斥信号灯,初值为1。
1.4程序描述:
main()
{
intfull=0;/*满缓冲区的数目*/
intempty=n;/*空缓冲区的数目*/
intmutex=1;/*对有界缓冲区进行操作的互斥信号灯*/
cobegin
p1();p2();
coend
}
p1()
{
while(生产未完成)
{
•••
生产一个产品;
p(empty);
p(mutex);
送一个产品到有界缓冲区;
v(mutex);
v(full);
}
}
p2()
{
while(还要继续消费)
{
p(full);
p(mutex);
从有界缓冲区中取产品;
v(mutex);
v(empty);
•••
消费一个产品;
}
}
1.5C++语言程序模拟用信号量机制实现生产者和消费者问题:
本次课程设计主要通过C++模拟信号量制中各个进程,及各进程之间的互斥、同步关系,来实现生产者和消费者问题。
1.5.1模块说明:
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
1.5.2源程序的主要部分:
#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;i hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]); if(hThreads[i]==NULL)return-1; } //创建消费者线程 for(intj=0;j hThreads[PRODUCERS_COUNT+j]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[j]); if(hThreads[j]==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;i std: : 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;i std: : 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; } 测试用例,运行结果与运行情况分析: 1.5.3测试用例: 在本次课程设计的测试中,缓冲区长度是取值为10,生产者个数取值为3,消费者个数取值为1. 运行结果与分析: 在测试中调整生产者和消费者的数值,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。
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