操作系统原理.doc

湖北工业大学 计算机学院 信息安全概论课程实验报告实验名称 进程同步算法的实现模拟实验序号姓 名杨海铮系院专业网络工程班 级三班学 号1010322327实验日期2012.11.06指导教师阮鸥成 绩一、实验目的进程的同步是操作系统处理机管理的重要内容，本实验要求学生理解生产者与消费者问题模型，掌握解决该问题的算法思想，学会使用同步机制。 二、实验内容与要求(1) 生产者消费者问题。Get、put二进程共用缓冲区s（大小为每次只存放一个记录）。Get负责输入记录到缓冲区s， put负责把t中的记录取出打印。(2) 设计进程PCB结构和三种进程状态的队列，可以实现PCB队列的插入、删除、排序功能。(3) 设计各进程使用的信号灯，画出各进程的P、V操作实现流程图；(4)实现进程同步，完成记录的正常输出，要能够通过程序运行表现出对缓冲区s的进行临界区互斥和进程同步的思想（最好能记录或输出二个进程的实时状态和变化过程、二个进程队列的实时内容、几个缓冲区中实时内容，输出到屏幕上，这个过程同时记录在一个文本文件中）；(5) 编程语言不限制，tc2.0，vc6.0，.net，java都可以。三、实验设备 地点： 实验实训中心A4-2硬件环境： Inte(R) CorT(Me) i5CPU M460 2053GHZ win 7 系统软件环境： CAP教学软件 VC+四、实验步骤 数据定义及解释const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 15; /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; /产品金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; /使程序跳出循环，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 步骤：1.生产者功能描述： 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。2.消费者功能描述：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。3.数据结构分析（1）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。（2）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程序源代码：#include #include 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 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 /创建生产者线程 for (int i=0;iPRODUCERS_COUNT;+i) hThreadsi=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerIDi); if (hThreadsi=NULL) return -1; /创建消费者线程 for (i=0;iCONSUMERS_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;iSIZE_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;iSIZE_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(