操作系统课程设计报告-生产者与消费者算法的实现.doc
操作系统课程设计报告生产者与消费者算法的实现课程名称：计算机操作系统课程设计小组成员：班 级：时 间：2021-10-18目录1 课设简介：1课程设计题目1课程设计小组成员1小组成员任务分配情况及每人所占工作比例12生产者和消费者原理分析13 生产者与消费者功能描述：14 数据结构分析25 生产者与消费者实现代码26心得体会7参考文献：7相关工具：8致谢：81 课设简介：生产者与消费者算法的实现课程设计小组成员张洋、巢蕾、段敏小组成员任务分配情况及每人所占工作比例张 洋 负责：分析设计消费一个产品方法和主方法并且画出流程图，后期组织组内成员成果汇总进行本组总体报告撰写。巢 蕾 负责：分析设计生产者的行为方法和消费者的行为方法，并且画出流程图段 敏 负责：分析设计生产产品的方法和把新生产的产品放入缓冲区，并且画出流程图。2 生产者和消费者原理分析 在同一个进程地址空间内执行的两个线程。生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区。当消费者线程消费物品时，如果没有满的缓冲区，那么消费者线程将被阻塞，直到新的物品被生产出来。3 生产者与消费者功能描述： 在同一个进程地址空间内执行的两个线程。生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区。消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。当消费者线程消费物品时，如果没有满的缓冲区，那么消费者线程将被阻塞，直到新的物品被生产出来。程序结构图：4 数据结构分析生产者与消费者实现：这其中主要是通过多线程，来实现生产者和消费者之间的协调问题。生产者(producer)消费者(consumer)：通过一些记录性变量，来记录模拟实现生产者的行为，通过输入语句的提示程序采用OO设计模式，缓存区采用数组结构存储。5 生产者与消费者实现代码#include <windows.h>#include <iostream>const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 10; /缓冲区长度unsigned short ProductID = 0; /产品号unsigned short ConsumeID = 0; /将被消耗的产品号unsigned short in = 0; /产品进缓冲区时的缓冲区下标unsigned short out = 0; /产品出缓冲区时的缓冲区下标int g_bufferSIZE_OF_BUFFER; /缓冲区是个循环队列bool g_continue = true; /控制程序结束HANDLE g_hMutex; /用于线程间的互斥HANDLE g_hFullSemaphore; /当缓冲区满时迫使生产者等待HANDLE g_hEmptySemaphore; /当缓冲区空时迫使消费者等待DWORD WINAPI Producer(LPVOID); /生产者线程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); /消费者线程int main() /创立各个互斥信号 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 const unsigned short PRODUCERS_COUNT = 3; /生产者的个数 const unsigned short CONSUMERS_COUNT = 1; /消费者的个数 /总的线程数 const unsigned short THREADS_COUNT = PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT; HANDLE hThreadsPRODUCERS_COUNT; /各线程的handle DWORD producerIDCONSUMERS_COUNT; /生产者线程的标识符 DWORD consumerIDTHREADS_COUNT; /消费者线程的标识符 /创立生产者线程 for (int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;+i) hThreadsi=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerIDi); if (hThreadsi=NULL) return -1; /创立消费者线程 for (i=0;i<CONSUMERS_COUNT;+i) hThreadsPRODUCERS_COUNT+i=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerIDi); if (hThreadsi=NULL) return -1; while(g_continue) if(getchar() /按回车后终止程序运行 g_continue = false; return 0;/生产一个产品。简单模拟了一下，仅输出新产品的ID号void Produce() std:cerr << "Producing " << +ProductID << " . " std:cerr << "Succeed" << std:endl;/把新生产的产品放入缓冲区void Append() std:cerr << "Appending a product . " g_bufferin = ProductID; in = (in+1)%SIZE_OF_BUFFER; std:cerr << "Succeed" << std:endl; /输出缓冲区当前的状态 for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;+i) std:cout << i <<": " << g_bufferi; if (i=in) std:cout << " <- 生产" if (i=out) std:cout << " <- 消费" std:cout << std:endl; /从缓冲区中取出一个产品void Take() std:cerr << "Taking a product . " ConsumeID = g_bufferout; out = (out+1)%SIZE_OF_BUFFER; std:cerr << "Succeed" << std:endl; /输出缓冲区当前的状态 for (int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;+i) std:cout << i <<": " << g_bufferi; if (i=in) std:cout << " <- 生产" if (i=out) std:cout << " <- 消费" std:cout << std:endl; /消耗一个产品void Consume() std:cerr << "Consuming " << ConsumeID << " . " std:cerr << "Succeed" << std:endl;/生产者DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara) while(g_continue) WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE); Produce(); Append(); Sleep(1500); ReleaseMutex(g_hMutex); ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL); return 0;/消费者DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara) while(g_continue) WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE); Take(); Consume(); Sleep(1500); ReleaseMutex(g_hMutex); ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL); return 0; /* 一个消费者三个生产者：/* 三个生产者三个消费者/*三个消费者一个生产者/*三个生产者四个消费者6 心得体会本次课程设是关于生产者与消费者之间互斥和同步的问题。问题的实质是P、V操作，实验设一个共享缓冲区，生产者和消费者互斥的使用，当一个线程使用缓冲区的时候，另一个让其等待直到前一个线程释放缓冲区为止。 生产者与消费者是一个与现实有关的经典问题，与“和尚挑水问题的原理相同，通过此原理举一反三可以解决其他类似的问题。 通过本课程设计，我们对操作系统的p、v进一步的认识，深入的了解p、v操作的实质和其重要性。课本的理论知识进一步阐述了现实中的实际问题。 实验中，我们小组分工合作，共同学习，虽然在课程设计中遇到了一些问题，但在老师和同学的细心指导和热心帮助下解决了。同时，了解到团队精神的重要性，也为以后的学习和工作打下了坚实的根底，同时积累了珍贵的经验。 参考文献：1 相关工具：1 代码编写、分析工具：Visual C+ 2 流程图分析工具：Microsoft visio致谢：感谢张瑞红老师细心指导，在实践中培养了我不畏艰难险阻，勇往直前的精神。学习知识，锻炼了能力，再次感谢老师的悉心教诲！感谢桂明月同学的帮助,让我们这一组能够顺利完成课程设计!感谢小组成员的辛勤努力！
