大连理工大学《操作系统》大作业离线作业答案Word文档格式.docx
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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(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<
windows.h>
#include<
iostream>
constunsignedshortSIZE_OF_BUFFER=10;
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<
PRODUCERS_COUNT;
++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<
CONSUMERS_COUNT;
++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<
..."
;
Succeed"
endl;
//把新生产的产品放入缓冲区
voidAppend()
Appendingaproduct..."
g_buffer[in]=ProductID;
in=(in+1)%SIZE_OF_BUFFER;
//输出缓冲区当前的状态
SIZE_OF_BUFFER;
cout<
i<
"
g_buffer[i];
if(i==in)std:
--生产"
if(i==out)std:
--消费"
//从缓冲区中取出一个产品
voidTake()
Takingaproduct..."
ConsumeID=g_buffer[out];
out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER;
//消耗一个产品
voidConsume()
Consuming"
ConsumeID<
//生产者
DWORDWINAPIProducer(LPVOIDlpPara)
WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE);
WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);
Produce();
Append();
Sleep(1500);
ReleaseMutex(g_hMutex);
ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL);
//消费者
DWORDWINAPIConsumer(LPVOIDlpPara)
WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE);
Take();
Consume();
ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL);
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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