课程设计说明(含软件工程09和网络工程0902).ppt

江苏大学计算机学院(适用于软件工程09级和网络工程0902班),操作系统课程设计,Page2,题目进程通信与进程同步机制实践,Linux或Windows或Unix环境下，采用系统调用中的信号量、P、V操作，编程解决以下问题。理发师问题：一个理发店由一间等候室W和一间工作室B组成。顾客可以从外面大街上进入W等候理发。两个房间的入口是并排的，且共享一扇日本式可滑动的推拉门(门总是挡住一个入口)。顾客在工作室内理完发，可由B的旁门出去。W中有N把椅子，顾客必须坐着等候。理发师可由门上小窗查看W中无人就睡觉，否则开门，并叫一位顾客入内理发。顾客每进入一位，都拉铃通知理发师。若把顾客和理发师都视为进程，请用P、V操作写出进程的同步算法。要求打印：初始状态中间变化的状态信息以及最终状态信息。,Page3,题目进程通信与进程同步机制实践,课程设计报告撰写要求1内容：课程设计题目、目的、要求，原理及算法，主要数据结构和流程，实验测试结果及结果分析，课程设计总结，源程序清单。2将设计报告、源程序打包压缩为一个文件，上传到3的软件工程09课程设计或网络工程0902操作系统课程设计目录中，同时提交纸质报告。实验安排时间：18周周一-周五上午1-4节，19周周一-周二上午1-4节(软件工程）18周周一-周五晚上9-12节，19周周一-周二晚上9-12节(网络工程0902）地点：计算机楼303机房。,Page4,涉及到的相关知识,Linux操作系统环境下C的编译：-编辑环境一般采用vi;-编译命令:g+源文件名可执行文件名用到的相关系统调用-shmget():开辟共享存储区-semget():用于产生一个信号量数组或查找已创建的信号量数组的描述字。其中，semkey是用户指定的关键字，count规定信号量数组的长度，flag为操作标志。-semop():用于进行P、V操作。其中，semid是semget返回的描述字，oplist是用户提供的操作数组的指针，count是该数组的大小。Semop返回最后被操作的信号量在操作完成前的值。oplist中的每个元素包含三个内容；信号量序号、欲进行的操作值和标识。,Page5,gcc的使用,基本使用格式$gcc选项常用选项及含义,Page6,gcc的常用选项,Page7,必须包含的头文件：#include#include#include#include#include用到的数据结构：sembuf,Page8,P操作的实现,设置oplist中的欲进行的操作值为-1,后执行semop。例如程序段如下：Structsembufunsignedshortsem_num;shortsem_op;shortsem_flg;Psembuf;semid=semget(SEMKEY,2,0777);Psembuf.sem_num=first;Psem.sem_op=-1;Psem.sem_flg=SEM_UNDO;semop(semid,Page9,V操作的实现,设置oplist中的欲进行的操作值为1,后执行semop。例如程序段如下：Structsembufunsignedshortsem_num;shortsem_op;shortsem_flg;Psembuf;semid=semget(SEMKEY,2,0777);Psembuf.sem_num=first;Psem.sem_op=1;Psem.sem_flg=SEM_UNDO;semop(semid,Page10,1、如何创建信号量，用来实现同步与互斥？2、P、V如何实现？例子,Page11,程序说明：,.这个程序用于实现生产者消费者问题。原理：producer(任意多个）-|+|（缓冲区：存放多个产品）-consumer（任意多个）producer和consumer通过共享缓冲区进行通信，信号量用于对缓冲区互斥访问、对producer和consumer进行同步。.共有三个程序：control,producer,consumer.其中control是主控程序，producer是生产者，consumer是消费者。control:实现对缓冲区的初始化,要最先执行，且只需要执行一次。producer:生产一个产品放入缓冲区：从屏幕输入一个字符串（32字节以内）。consumer:从缓冲区取出一个产品：向屏幕上输出一个字符串,Page12,程序说明：,3.注意：信号量、共享缓冲区都是系统资源，其总个数是有上限的。每个资源的id在系统中唯一，并且系统不会主动释放它们，所以要小心使用，及时释放。本程序中：control在执行一次后（成功执行），信号量、共享缓冲区就会分配。如果再执行它，control会提示资源已经分配，是否要释放它们？如果键入y(Y),则资源释放，此后执行producer,consumer都会报错。当然也可以使用ipcsipcrm命令来查看或释放资源。4.为了结构清晰，程序没有多余的输入或输出。可以在producer,consumer程序中适当的位置增加输出语句，和输入字符语句将程序暂停在某个位置，以观察运行的详细进程。5.建议增加功能：查看信号量的值、等待该信号量的进程等信息。使用的函数为：semctrl6.这个程序是一个框架，稍作修改，可以用于其它进程同步互斥问题。,Page13,程序说明：,#include#include#include#include#include#include#defineSHMKEY9075/*共享存储区的键*/#defineSEMKEY_PRODUCER9085#defineSEMKEY_CONSUMER9086#defineSEMKEY_MUTEX9087/*信号量数组的键*/*注意:上面的键在系统中必须唯一*/#defineBUFF_LEN10/*缓冲区可以存放10个产品*/#definePRODUCT_LEN32/*每个产品是一个字符串:sem_num=semnum;sem-sem_op=semop;sem-sem_flg=semflg;main()char*addr,end;intshmid;intsemid_producer,semid_consumer,semid_mutex;/*信号量id*/structsembufsem_tmp;,Page15,程序说明：,/*开辟共享存储区*/if(shmid=shmget(SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+2,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL)=-1)if(errno=EEXIST)printf(TheBufferHasExisted!n);printf(DoYouWantToDeleteTheBuffer(Y=yes)?n=:);scanf(%c,Page16,程序说明：,if(end=y|end=Y)/*共享存储区、信号量并不随程序的结束而被删除,如果我们没删除的话，可以用ipcs命令查看,用ipcrm删除*/*释放缓冲区*/shmid=shmget(SHMKEY,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+2,0777);if(shmctl(shmid,IPC_RMID,0)0)perror(shmctl:);/*同时释放信号量*/semid_mutex=semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777);semid_consumer=semget(SEMKEY_CONSUMER,1,0777);semid_producer=semget(SEMKEY_PRODUCER,1,0777);semctl(semid_mutex,0,IPC_RMID);semctl(semid_consumer,0,IPC_RMID);semctl(semid_producer,0,IPC_RMID);,Page17,程序说明：,elseprintf(FailToCreateBuffer!n);return-1;addr=(char*)shmat(shmid,0,0);/*连接缓冲区*/memset(addr,0,BUFF_LEN*PRODUCT_LEN+2);shmdt(addr);/*离开缓冲区*/*创建3个信号量:1个用于对缓冲区互斥,2个用于生产者、消费者同步*/if(semid_mutex=semget(SEMKEY_MUTEX,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL)=-1)if(errno=EEXIST)printf(TheSEMKEY_MUTEXHasExisted!n);elseprintf(FailToCreateSEMKEY_MUTEX!n);return-1;,Page18,程序说明：,if(semid_consumer=semget(SEMKEY_CONSUMER,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL)=-1)if(errno=EEXIST)printf(TheSEMKEY_CONSUMERHasExisted!n);elseprintf(FailToCreateSEMKEY_CONSUMER!n);return-1;if(semid_producer=semget(SEMKEY_PRODUCER,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL)=-1)if(errno=EEXIST)printf(TheSEM_PRODUCERHasExisted!n);else,Page19,程序说明：,printf(FailToCreateSEM_PRODUCER!n);return-1;/*给信号量赋初值*/set_sembuf_struct(,Page20,程序说明：,if(semid_consumer=semget(SEMKEY_CONSUMER,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL)=-1)if(errno=EEXIST)printf(TheSEMKEY_CONSUMERHasExisted!n);elseprintf(FailToCreateSEMKEY_CONSUMER!n);return-1;if(semid_producer=semget(SEMKEY_PRODUCER,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL)=-1)if(errno=EEXIST)printf(TheSEM_PRODUCERHasExisted!n);elseprintf(FailToCreateSEM_PRODUCER!n);return-1;,Page21,程序说明：,if(semid_consumer=semget(SEMKEY_CONSUMER,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL)=-1)if(errno=EEXIST)printf(TheSEMKEY_CONSUMERHasExisted!n);elseprintf(FailToCreateSEMKEY_CONSUMER!n);return-1;,Page22,程序说明：,if(semid_producer=semget(SEMKEY_PRODUCER,1,0777|IPC_CREAT|IPC_EXCL)=-1)if(errno=EEXIST)printf(TheSEM_PRODUCERHasExisted!n);elseprintf(FailToCreateSEM_PRODUCER!n);return-1;,Page23,程序说明：,/*给信号量赋初值*/set_sembuf_struct(,Page24,Windows环境下的关知识介绍：,1同步对象同步对象是指Windows中用于实现同步与互斥的实体，包括信号量(Semaphore)、互斥量(Mutex)、临界区(CriticalSection)和事件(Events)等。本实验中使用到信号量、互斥量和临界区三个同步对象。同步对象的使用步骤：创建/初始化同步对象。请求同步对象，进入临界区(互斥量上锁)。释放同步对象(互斥量解锁)。这些对象在一个线程中创建，在其他线程中都可以使用，实现同步与互斥。,Page25,Windows环境下的关知识介绍：,2相关API的功能及使用利用WindowsSDK提供的API编程实现实验题目要求，而VC中包含有WindowsSDK的所有工具和定义。要使用这些API，需要包含堆这些函数进行说明的SDK头文件最常见的是Windows.h(特殊的API调用还需要包含其他头文件)下面给出的是本实验使用到的API的功能和使用方法简单介绍,Page26,Windows环境下的关知识介绍：,2相关API的功能及使用(1)CreateThread功能创建一个在调用进程的地址空间中执行的线程格式HANDLECreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,DWORDdwStackSize,LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,LPVOIDlpParamiter,DWORDdwCreationFlags,LpdwordlpThread),Page27,Windows环境下的关知识介绍：,参数说明lpThreadAttributes指向一个LPSECURITY_ATTRIBUTES(新线程的安全性描述符)。dwStackSize定义原始堆栈大小。lpStartAddress指向使LPTHRAED_START_ROUTINE类型定义的函数。lpParamiter定义一个给进程传递参数的指针。dwCreationFlags定义控制线程创建的附加标志。lpThread保存线程标志符(32位),Page28,Windows环境下的关知识介绍：,(2)CreateMutex功能创建一个命名或匿名的互斥量对象格式HANDLECreateMutex(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes,BOOLbInitialOwner,LPCTSTRlpName);参数说明lpMutexAttributes必须取值NULL。bInitialOwner指示当前线程是否马上拥有该互斥量(即马上加锁)。lpName互斥量名称。,Page29,Windows环境下的关知识介绍：,(3)CreateSemaphore功能创建一个命名或匿名的信号量对象格式HANDLECreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSemaphoreAttributes,LONGlInitialCount,LONGlMaximumCount,LPCTSTRlpName);参数说明lpSemaphoreAttributes必须取值NULL。lInitialCount信号量的初始值。该值大于0，但小于lMaximumCount指定的最大值。lMaximumCount信号量的最大值。lpName信号量名称。,Page30,Windows环境下的关知识介绍：,(4)WaitForSingleObject功能使程序处于等待状态，直到信号量hHandle出现(即其值大于等于1)或超过规定的等待时间格式DWORDWaitForSingleObject(HANDLEhHandle,DWORDdwMilliseconds);参数说明hHandle信号量指针。dwMilliseconds等待的最长时间(INFINITE为无限等待)。,Page31,Windows环境下的关知识介绍：,(5)ReleaseSemaphore功能对