大工19春《操作系统》大作业答案(共12页).doc
精选优质文档-倾情为你奉上 网络教育学院操作系统课 程 设 计 题 目： 进程同步与互斥 生产者-消费者问题 学习中心： 层 次： 专 业： 计算机网络技术 年 级： 年 秋 季 学 号： 学 生： 辅导教师： 完成日期： 年 月 日题目四：进程同步与互斥 生产者-消费者问题设计思路：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。流程（原理）图：1、生产者2、消费者基本内容： 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相同的，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关系来实现。为解决生产者/消费者问题，应该设置两个资源信号量，其中一个表示空缓冲区的数目，用g_hFullSemaphore表示，其初始值为有界缓冲区的大小SIZE_OF_BUFFER；另一个表示缓冲区中产品的数目，用g_hEmptySemaphore表示，其初始值为0。另外，由于有界缓冲区是一个临界资源，必须互斥使用，所以还需要再设置一个互斥信号量g_hMutex，起初值为1。在生产者/消费者问题中，信号量实现两种功能。首先，它是生产产品和消费产品的计数器，计数器的初始值是可利用的资源数目(有界缓冲区的长度)。其次，它是确保产品的生产者和消费者之间动作同步的同步器。生产者要生产一个产品时，首先对资源信号量g_hFullSemaphore和互斥信号量g_hMutex进行P操作，申请资源。如果可以通过的话，就生产一个产品，并把产品送入缓冲区。然后对互斥信号量g_hMutex和资源信号量g_hEmptySemaphore进行V操作，释放资源。消费者要消费一个产品时，首先对资源信号量g_hEmptySemaphore和互斥信号量g_hMutex进行P操作，申请资源。如果可以通过的话，就从缓冲区取出一个产品并消费掉。然后对互斥信号量g_hMutex和资源信号量g_hFullSemaphore进行V操作，释放资源。如果缓冲区中已经没有可用资源，就把申请资源的进程添加到等待队列的队尾。如果有一个资源被释放，在等待队列中的第一个进程被唤醒并取得这个资源的使用权。源代码：/本程序于2005.12.25在VC+6.0下运行通过/系统环境：Windows XP#include <windows.h>#include <iostream>const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 20;/有界缓冲区长度int g_bufferSIZE_OF_BUFFER;/开辟缓冲区，用数组表示，可以看成是一个循环队列unsigned short ProductID = 0;/新生产出来的产品的产品号unsigned short ConsumeID = 0;/被消耗的产品的产品号unsigned short in = 0;/产品进缓冲区时的缓冲区下标，用于记录生产者的指针位置unsigned short out = 0;/产品出缓冲区时的缓冲区下标，用于记录消费者的指针位置bool g_continue = 1;/控制程序运行：1表示继续运行，0表示停止运行HANDLE g_hMutex;/线程间的互斥信号量HANDLE g_hFullSemaphore;/资源信号量：缓冲区满HANDLE g_hEmptySemaphore;/资源信号量：缓冲区空DWORD WINAPI Producer(LPVOID);/生产者线程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID);/消费者线程const unsigned short PRODUCERS_COUNT=4;/生产者的个数const unsigned short CONSUMERS_COUNT=3;/消费者的个数const unsigned short THREADS_COUNT=PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;/总线程数HANDLE hThreadsPRODUCERS_COUNT;/各线程的handleDWORD producerIDCONSUMERS_COUNT;/生产者线程的标识符DWORD consumerIDTHREADS_COUNT;/消费者线程的标识符/*-生产一个产品开始-*/生产一个产品，输出其ID号void Produce()std:cout<<std:endl;std:cerr<<"生产一个产品: "<<+ProductID;std:cout<<std:endl;/*-生产一个产品结束-*/*-把新生产的产品放入缓冲区开始-*/把新生产的产品放入缓冲区void Append()std:cerr<<"把生产的产品送入缓冲区"g_bufferin=ProductID;in=(in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std:cerr<<std:endl;std:cout<<"缓冲区 产品 生产者/消费者"<<std:endl;/新产品放入缓冲区后，输出缓冲区当前的状态for(int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;+i) /输出缓冲区下标if (i<10)std:cout<<i<<" "<<g_bufferi;elsestd:cout<<i<<" "<<g_bufferi;if(i=in)if(g_bufferi<10)std:cout<<" "elsestd:cout<<" "std:cout<<" <- 生产者"/输出生产者的指针位置if(i=out)if(g_bufferi<10)std:cout<<" "elsestd:cout<<" "std:cout<<" <- 消费者"/输出消费者的指针位置std:cout<<std:endl;/*-把新生产的产品放入缓冲区结束-*/*-消费一个产品开始-*/void Consume()/消费一个产品std:cout<<std:endl;std:cerr<<"消费一个产品: "<<ConsumeID;std:cout<<std:endl;/*-消费一个产品结束-*/*-从缓冲区中取出一个产品开始-*/从缓冲区中取出一个产品void Take()std:cout<<std:endl;std:cerr<<"从缓冲区取出一个产品"ConsumeID=g_bufferout;out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std:cerr<<std:endl;std:cout<<std:endl;std:cout<<"缓冲区 产品 生产者/消费者"<<std:endl;/取出一个产品后，输出缓冲区当前的状态for(int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;+i) /输出缓冲区下标if(i<10)std:cout<<i<<" "<<g_bufferi;elsestd:cout<<i<<" "<<g_bufferi;if(i=in)if(g_bufferi<10)std:cout<<" "elsestd:cout<<" "std:cout<<" <- 生产者"/输出生产者的指针位置if(i=out)if(g_bufferi<10)std:cout<<" "elsestd:cout<<" "std:cout<<" <- 消费者"/输出消费者的指针位置std:cout<<std:endl;/*-从缓冲区中取出一个产品结束-*/*-生产者线程开始-*/生产者线程DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara) while(g_continue)/资源信号量的P操作WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE); /互斥信号量的P操作WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE); /生产一个产品Produce();/把新生产的产品放入缓冲区Append();Sleep(2000);/互斥信号量的V操作ReleaseMutex(g_hMutex); /资源信号量的V操作ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL); return 0;/*-生产者线程结束-*/*-消费者线程开始-*/消费者线程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara) while(g_continue)/资源信号量的P操作WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE); /互斥信号量的P操作WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE); /从缓冲区中取出一个产品Take();/消费一个产品Consume();Sleep(2000);/互斥信号量的V操作ReleaseMutex(g_hMutex); /资源信号量的V操作ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL); return 0;/*-消费者线程结束-*/*-创建生产者线程开始-*/void createPT()/创建生产者线程for(int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;+i)hThreadsi=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerIDi);if(hThreadsi=NULL)g_continue=0;/*-创建生产者线程结束-*/*-创建消费者线程开始-*/void createCT()/创建消费者线程for (int j=0;j<CONSUMERS_COUNT;+j)hThreadsPRODUCERS_COUNT+j=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerIDj);if (hThreadsj=NULL)g_continue=0;/*-创建消费者线程结束-*/*-主函数开始-*/void main()/显示程序提示信息info();/创建互斥信号量g_hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); /创建资源信号量g_hFullSemaphore=CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);g_hEmptySemaphore=CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);/创建生产者线程createPT();/创建消费者线程createCT();/不按回车键的话程序会一直运行下去while(g_continue) /按回车键终止程序if(getchar()g_continue = 0;/*-主函数结束-*/专心-专注-专业
