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：2010-10-18操作系统课程设计生产者与消费者实现

目录

1 课设简介： (1)

1.1课程设计题目 (1)

1.2课程设计小组成员 (1)

1.3小组成员任务分配情况及每人所占工作比例 (1)

2 生产者和消费者原理分析 (1)

3 生产者与消费者功能描述： (1)

4 数据结构分析 (2)

5 生产者与消费者实现代码 (2)

6 心得体会 (7)

参考文献： (7)

相关工具： (8)

致谢： (8)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：

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：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

#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_buffer[SIZE_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 hThreads[PRODUCERS_COUNT]; //各线程的handle

DWORD producerID[CONSUMERS_COUNT]; //生产者线程的标识符

DWORD consumerID[THREADS_COUNT]; //消费者线程的标识符

//创建生产者线程

for (int i=0;ihThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);

if (hThreads[i]==NULL) return -1;

}

//创建消费者线程

for (i=0;ihThreads[PRODUCERS_COUNT+i]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&c onsumerID[i]);

if (hThreads[i]==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_buffer[in] = 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;istd::cout << i <<": " << g_buffer[i];

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_buffer[out];

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;istd::cout << i <<": " << g_buffer[i];

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基础，同时积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1] 汤小丹梁红兵哲凤屏汤子瀛计算机操作系统（第三版）西安电子科技大学出版社2007.12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！