某大学课程设计说明书

燕山大学课程设计说明书课程设计名称：操作系统题目：多道程序缓冲区协调操作 班级：应用(3)班 开发小组名称：FENGNIAO课题负责人：王晓峰课题组成员：姓名:王晓峰学号:090104010133 班级:应用3班自评成绩:A 姓名:王燕学号:090104010120班级:应用3班自评成绩:B 课题开发日期：2012年1月

1概述：1.1目的:通过信号量实现多道程序缓冲区协调操作。1.2主要完成的任务：1.2.1根据同步机制，编写一个解决类似生产者消费者问题的程序，可显示buffer状态，put、move、get等操作。向buffer1中put信息，buffer2和buffer3从bufer1中取数据。假定这些put和move相互等效，只要buffer1未满，就可以向buffer1中存入信息，只要buffer1未空，就可以move取走一个消息。1.2.2显示Buffer的操作过程；1.2.3程序运行结束，显示汇总数据：总的运行时间；Buffer中数据的个数；已放入BUFFER的数据个数；已放已取的数据个数；1.3主要使用的开发工具：VC2010。2使用的基本概念和原理：2.1同步与互斥原理进程互斥是进程之间发生的一种简介性作用，一般是程序不希望的。通常的情况是两个或两个以上的进程需要同时访问某个共享变量。我们一般将发生能够稳共享变量的程序段为临界区。两个进程不能同时进入临界区，否则就会导致数据的不一致性，产生与时间有关的错误。解决互斥问题应该满足互斥与公平俩个原则，即任意时刻只能允许一个进程处于同一共享变量的临界区，而且不能让任意进程无限期地等待。互斥问题可以用硬件方法解决，我们不做展开。同步是指在互斥的基础上，通过其他机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必须是互斥的。少数情况下可以允许多个访问者同时访问资源。2.2线程线程，有时被称为轻量级进程，是程序执行的最小单元。一个标准的线程有线程ID，当前指令指针（PC），寄存器集合和堆栈组合。另外，此案成是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不用有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源，但他可与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约，致使线程在运行中呈现出间断性。线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。每一个程序都至少有一个线程，那就是程序本身。线程是程序中一个单一的顺序控制流程。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。2.3多道程序多道程序设计是指在主存中同时存放多道用户作业，使他们都处于执行的开始点和开始点之间，这些程序共享计算机系统资源。多道程序设计的主要优点有：提高CPU利用率。在多道程序环境下，多个程序共享计算机资源当某个程序等待I/O操作时，CPU可以执行其他程序，大大提高CPU的利用率。提高设备的利用率。在多道程序环境下，多个程序共享系统的设备，大大提高系统设备的利用率。提高系统的吞吐量。在多道程序环境下，减少了程序的等待时间，提高了系统的吞吐量。3总体设计：面向过程进行设计，分别创建五个函数DWORDWINAPIPut(LPVOID)，DWORDWINAPIMove1(LPVOID)，DWORDWINAPIMove2(LPVOID,DWORDWINAPIGet1(LPVOID),DWORDWINAPIGet2(LPVOID);然后创建各个互斥信号g_hMutexBuffer1,g_hFullSemaphore1,g_hEmptySemaphore1，定义put、move、get函数，调整数值发现，当put个数多余get个数时，put速度快，put经常等待get，反之put经常等待。然后分别创建线程:for(inti=0;i<PUT_COUNT;++i){ hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Put,NULL,0,&putID[i]);if(hThreads[i]==NULL)return-1;for(inti=0;i<MOVE1_COUNT;++i){ hThreads[MOVE1_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Move1,NULL,0,&move1ID[i]);if(hThreads[i]==NULL)return-1;} for(inti=0;i<MOVE2_COUNT;++i){ hThreads[MOVE2_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Move2,NULL,0,&move2ID[i]);if(hThreads[i]==NULL)return-1;} for(inti=0;i<GET1_COUNT;++i){ hThreads[GET1_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Get1,NULL,0,&get1ID[i]);if(hThreads[i]==NULL)return-1;} for(inti=0;i<GET2_COUNT;++i){ hThreads[GET2_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Get2,NULL,0,&get2ID[i]);if(hThreads[i]==NULL)return-1;}实现循环,然后设置回车结束。while(g_continue) {if(getchar()){g_continue=false; exit(0);}流程图：4程序分析：4.1设计思路上先编写了五个函数DWORDWINAPIPut(LPVOID)，DWORDWINAPIMove1(LPVOID)，DWORDWINAPIMove2(LPVOID,DWORDWINAPIGet1(LPVOID),DWORDWINAPIGet2(LPVOID);4.2创建put线程，在线程中实现循环，其他类似。for(inti=0;i<PUT_COUNT;++i){ hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Put,NULL,0,&putID[i]);if(hThreads[i]==NULL)return-1;4.3定义输出函数voidshuChu(){ std::cout<<"Buffer1"<<std::endl; for(inti=0;i<SIZE_OF_BUFFER1;++i) {std::cout<<i<<":"<<g_buffer1[i];if(i==in1)std::cout<<"<--put";if(i==out1)std::cout<<"<--move";std::cout<<std::endl; } std::cout<<"Buffer2"<<std::endl; for(inti=0;i<SIZE_OF_BUFFER2;++i){std::cout<<i<<":"<<g_buffer2[i];if(i==in2)std::cout<<"<--move1";if(i==out2)std::cout<<"<--get1";std::cout<<std::endl;} std::cout<<"Buffer3"<<std::endl; for(inti=0;i<SIZE_OF_BUFFER3;++i) {std::cout<<i<<":"<<g_buffer3[i];if(i==in3)std::cout<<"<--move2";if(i==out3)std::cout<<"<--get2";std::cout<<std::endl;} clock_ttime=clock(); std::cout<<"时间是"<<time<<"ms"<<std::endl;}4.4定义各个函数，详见源代码。voidPuts(){ std::cerr<<"put..."; PutID++;g_buffer1[in1]=PutID;in1=(in1+1)%SIZE_OF_BUFFER1;std::cerr<<"Succeed"<<std::endl; shuChu();}DWORDWINAPIPut(LPVOIDlpPara){while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore1,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutexBuffer1,INFINITE); Puts();Sleep(1500); ReleaseMutex(g_hMutexBuffer1);ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore1,1,NULL);}return0;}5源代码及函数注释：#include"stdafx.h"#include<windows.h>#include<iostream>#include<ctime>constunsignedshortSIZE_OF_BUFFER1=10;constunsignedshortSIZE_OF_BUFFER2=10;constunsignedshortSIZE_OF_BUFFER3=10;unsignedshortPutID=0;unsignedshortMove1ID=0;unsignedshortMove2ID=0;unsignedshortGet1ID=0;unsignedshortGet2ID=0;unsignedshortin1=0;unsignedshortout1=0;unsignedshortin2=0;unsignedshortout2=0;unsignedshortin3=0;unsignedshortout3=0;intg_buffer1[SIZE_OF_BUFFER1];intg_buffer2[SIZE_OF_BUFFER2];intg_buffer3[SIZE_OF_BUFFER3];boolg_continue=true;HANDLEg_hMutexBuffer1;HANDLEg_hFullSemaphore1;HANDLEg_hEmptySemaphore1;HANDLEg_hMutexBuffer2;HANDLEg_hFullSemaphore2;HANDLEg_hEmptySemaphore2;HANDLEg_hMutexBuffer3;HANDLEg_hFullSemaphore3;HANDLEg_hEmptySemaphore3;DWORDWINAPIPut(LPVOID);DWORDWINAPIMove1(LPVOID);DWORDWINAPIMove2(LPVOID);DWORDWINAPIGet1(LPVOID);DWORDWINAPIGet2(LPVOID);intmain(){g_hMutexBuffer1=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);g_hFullSemaphore1=CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER1-1,SIZE_OF_BUFFER1-1,NULL);g_hEmptySemaphore1=CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER1-1,NULL); g_hMutexBuffer2=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);g_hFullSemaphore2=CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER1-1,SIZE_OF_BUFFER1-1,NULL);g_hEmptySemaphore2=CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER1-1,NULL); g_hMutexBuffer3=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);g_hFullSemaphore3=CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER1-1,SIZE_OF_BUFFER1-1,NULL);g_hEmptySemaphore3=CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER1-1,NULL);constunsignedshortPUT_COUNT=3;constunsignedshortMOVE1_COUNT=3; constunsignedshortMOVE2_COUNT=3; constunsignedshortGET1_COUNT=3; constunsignedshortGET2_COUNT=3;ConstunsignedshortTHREADS_COUNT=PUT_COUNT+MOVE1_COUNT+MOVE2_COUNT+GET1_COUNT+GET2_COUNT;HANDLEhThreads[THREADS_COUNT];DWORDputID[PUT_COUNT];DWORDmove1ID[MOVE1_COUNT]; DWORDmove2ID[MOVE2_COUNT]; DWORDget1ID[GET1_COUNT]; DWORDget2ID[GET2_COUNT];for(inti=0;i<PUT_COUNT;++i){ hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Put,NULL,0,&putID[i]);if(hThreads[i]==NULL)return-1;}for(inti=0;i<MOVE1_COUNT;++i){ hThreads[MOVE1_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Move1,NULL,0,&move1ID[i]);if(hThreads[i]==NULL)return-1;} for(inti=0;i<MOVE2_COUNT;++i){ hThreads[MOVE2_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Move2,NULL,0,&move2ID[i]);if(hThreads[i]==NULL)return-1;} for(inti=0;i<GET1_COUNT;++i){ hThreads[GET1_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Get1,NULL,0,&get1ID[i]);if(hThreads[i]==NULL)return-1;} for(inti=0;i<GET2_COUNT;++i){ hThreads[GET2_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Get2,NULL,0,&get2ID[i]);if(hThreads[i]==NULL)return-1;}while(g_continue) {if(getchar()){g_continue=false; exit(0);}}return0;}voidshuChu(){ std::cout<<"Buffer1"<<std::endl; for(inti=0;i<SIZE_OF_BUFFER1;++i) {std::cout<<i<<":"<<g_buffer1[i];if(i==in1)std::cout<<"<--put";if(i==out1)std::cout<<"<--move";std::cout<<std::endl; } std::cout<<"Buffer2"<<std::endl; for(inti=0;i<SIZE_OF_BUFFER2;++i){std::cout<<i<<":"<<g_buffer2[i];if(i==in2)std::cout<<"<--move1";if(i==out2)std::cout<<"<--get1";std::cout<<std::endl;} std::cout<<"Buffer3"<<std::endl; for(inti=0;i<SIZE_OF_BUFFER3;++i) {std::cout<<i<<":"<<g_buffer3[i];if(i==in3)std::cout<<"<--move2";if(i==out3)std::cout<<"<--get2";std::cout<<std::endl;}}clock_ttime=clock(); std::cout<<"时间是"<<time<<"ms"<<std::endl;voidPuts(){std::cerr<<"put...";g_buffer1[in1]=PutID; PutID++;in1=(in1+1)%SIZE_OF_BUFFER1;std::cerr<<"Succeed"<<std::endl;shuChu();}voidMoveTo1s(){std::cerr<<"Move1...";Move1ID=g_buffer1[out1]; out1=(out1+1)%SIZE_OF_BUFFER1; g_buffer2[in2]=Move1ID; in2=(in2+1)%SIZE_OF_BUFFER2;std::cerr<<"Succeed"<<std::endl;shuChu();}voidMoveTo2s(){std::cerr<<"Move2...";Move2ID=g_buffer1[out1];out1=(out1+1)%SIZE_OF_BUFFER1; g_buffer3[in2]=Move2ID; in3=(in3+1)%SIZE_OF_BUFFER3;std::cerr<<"Succeed"<<std::endl; shuChu();}voidGet1s(){std::cerr<<"get1";Get1ID=g_buffer2[out2];out2=(out2+1)%SIZE_OF_BUFFER2;std::cerr<<"Succeed"<<std::endl; shuChu();}voidGet2s(){std::cerr<<"get2";Get2ID=g_buffer3[out3];out3=(out3+1)%SIZE_OF_BUFFER3;std::cerr<<"Succeed"<<std::endl; shuChu();}DWORDWINAPIPut(LPVOIDlpPara){while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore1,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutexBuffer1,INFINITE); Puts();Sleep(1500); ReleaseMutex(g_hMutexBuffer1);ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore1,1,NULL);}return0;}DWORDWINAPIGet1(LPVOIDlpPara){while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore2,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutexBuffer2,INFINITE); Get1s();Sleep(1500); ReleaseMutex(g_hMutexBuffer2);ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore2,1,NULL);}return0;}DWORDWINAPIGet2(LPVOIDlpPara){while(g_continue){WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore3,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutexBuffer3,INFINITE); Get2s();Sleep(1500); ReleaseMutex(g_hMutexBuffer3);ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore3,1,NULL);}return0;}DWORDWINAPIMove1(LPVOIDlpPara){while(g_continue) {WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore1,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutexBuffer2,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hMutexBuffer1,INFINITE); WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore2,INFINITE); MoveTo1s();Sleep(1500); ReleaseMutex(g_hMut