操作系统课程设计报告-生产者与消费者算法的实现

1、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：操作系统课程设计生产者与消费者实现目录1 课设简介：11.1 课程设计题目11.2 课程设计小组成员11.3 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：8操作系统课程设计生产者与消费者算法实现1课设简介:1.1 课程设计题目生产者与消费者算法的实现1.2 课程设计小组成员张洋、巢蕾、段敏1.3 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

2、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

3、述：3.1 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。3.2 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。3.3 程序结构图:操作系统课程设计生产者与消费者算法实现Producer1Producer2ProducerM生产指针消费指计满,豆尸共享缓冲区指针移动方向Consumer1Consumer2Consumer

4、N4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>constunsignedshortSIZE_OF_BUFFER=10;/箧冲区长度unsignedshortProductID=0;/产品号unsignedshortConsumeID=0;/将被消耗的产品号uns

5、ignedshortin=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_bufferSIZE_OF_BUFFER;缓冲区是个循环队歹Uboolg_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intmain()/创建各

6、个互斥信号g_hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);g_hFullSemaphoreCreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);g_hEmptySemaphoreCreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);/调整下面的数值，可以发现，当,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，消费者经常等待操作系统课程设计生产者与消费者算法实现constunsignedshortPRODUCERS_COUNT=3;生产者的个

7、数constunsignedshortCONSUMERS_COUNT=1;消费者的个数/总的线程数constunsignedshortTHREADS_COUNTPRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;HANDLEhThreadsPRODUCERS_COUNT;/各线程的handleDWORDproducerIDCONSUMERS_COUNT;/生产者线程的标识符DWORDconsumerIDTHREADS_COUNT;/消费者线程的标识符/创建生产者线程for(inti=0;i<PRODUCERS_COUNT;+i)hThreadsi=CreateThread(N

8、ULL,0,Producer,NULL,0,&producerIDi);if(hThreadsi=NULL)return-1;/创建消费者线程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;return0;生产一个产品。简单模拟了一下，仅输出新产品

9、的ID号voidProduce()std:cerr<<"Producing"<<+ProductID<<”.”;std:cerr<<"Succeed"<<std:endl;/把新生产的产品放入缓冲区voidAppend()std:cerr<<"Appendingaproduct."g_bufferin=ProductID;in=(in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std:cerr<<"Succeed"<<std:

10、endl;输出缓冲区当前的状态for(inti=0;i<SIZE_OF_BUFFER;+i)std:cout<<i<<":"<<g_bufferi;if(i=in)std:cout<<"<-生产”；操作系统课程设计生产者与消费者算法实现if(i=out)std:cout<<"<-消费"std:cout<<std:endl;/从缓冲区中取出一个产品voidTake()(std:cerr<<"Takingaproduct."Co

11、nsumeID=g_bufferout;out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std:cerr<<"Succeed"<<std:endl;输出缓冲区当前的状态for(inti=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<<st

12、d:endl;/消耗一个产品voidConsume()std:cerr<<"Consuming"<<ConsumeID<<”.”;std:cerr<<"Succeed"<<std:endl;/生产者DWORDWINAPIProducer(LPVOIDlpPara)while(g_continue)WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE);WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);Produce();Appen

13、d();Sleep(1500);ReleaseMutex(g_hMutex);ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL);一return0;/消费者DWORDWINAPIConsumer(LPVOIDlpPara)while(g_continue)WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE);操作系统课程设计生产者与消费者算法实现WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);Take();Consume。；Sleep(1500);ReleaseMutex(g_hMutex

14、);ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL);return0;/*一个消费者三个生产者：同步实验一一生产者与消费者问题算法实现修湛（消费者:一-:-56789区区E区区中申甲中卬也产一个产品编号为二3巴新生产的产品放入缓冲区艮示缓冲区当前的状态;<<号编工230000000品产号既0123456789区区区区区区区区区区区自w为*叱专一旨幺专1.¥1-T1¥至/*三个生产者三个消费者生产者与消费者算法实现操作系统课程设计003:789区区区-中口中>JI>J1-J1消耗产品1苣产一个产品编号为"S巴

15、新生产的产品放入缓冲区一艮示缓冲区当前的状态;号0234508000品产号:-:«-:30123456789区区区区区区区区区区区口出口口口口口口口口口X-J1>J1X-JILPJI>J1/*三个消费者一个生产者巴新生产的产品放入缓冲区艮示缓冲区当前的状态;费产梢生号10加用切加0tsM0品产号.-:-;-:30123456789-区区区区区区区区区区区口口口口口口口口口口口操作系统课程设计生产者与消费者算法实现/*三个生产者四个消费者号息1111111000001230000000品产号：品L:i:01234-M12345678?11111区区区区区区区区区区区区区区区

16、区汨神神ffffffffffff汨ffffffff6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