1、學 號： 0121010340621課 程 設 計題 目進程同步模擬設計生產者和消費者問題學 院計算機科學與技術學院專 業計算機科學與技術專業班 級1006班姓 名丁探指導教師劉洪星2013年1月17日課程設計任務書學生姓名： 丁探 專業班級： 計算機1006 指導教師： 劉洪星 工作單位： 計算機科學與技術學院 題 目: 進程同步模擬設計生產者和消費者問題 初始條件：1預備內容：閱讀操作系統的進程管理章節內容，對進程的同步和互斥，以及信號量機制度有深入的理解。2實踐準備：掌握一種計算機高級語言的使用。要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1模擬用信

2、號量機制實現生產者和消費者問題。2設計報告內容應說明： 課程設計目的與功能； 需求分析，數據結構或模塊說明(功能與框圖)； 源程序的主要部分； 運行結果與運行情況分析； 自我評價與總結：i）你認為你完成的設計哪些地方做得比較好或比較出色；ii）什么地方做得不太好，以后如何改正；iii）從本設計得到的收獲（在編寫，調試，執行過程中的經驗和教訓）；iv）完成本題是否有其他的其他方法（如果有，簡要說明該方法）；v）對實驗題的評價和改進意見，請你推薦設計題目。時間安排：設計安排一周：周1、周2：完成程序分析及設計。周2、周3：完成程序調試及測試。周4、周5：驗收、撰寫課程設計報告。（注意事項：嚴禁抄襲

3、，一旦發現，抄與被抄的一律按0分記）指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目 錄1、 需求分析.42、 功能設計.53、源程序.84、運行結果.135、總 結.166、參考文獻.16生產者消費者問題1. 需求分析1.1問題描述： 一組生產者向一組消費者提供消息，它們共享一個有界緩沖區n，生產者向其中投放消息，消費者從中取得消息。1.2規則：n 對于生產者進程：產生一個數據，當要送入緩沖區時，要檢查緩沖區是否已滿，若未滿，則可將數據送入緩沖區，并通知消費者進程；否則，等待；n 對于消費者進程：當它去取數據時，要看緩沖區中是否有數據可取，若有則取走一個數據，并通知生產者進

4、程，否則，等待。n 緩沖區是個臨界資源，因此，諸進程對緩沖區的操作程序是一個共享臨界區，所以，還有個互斥的問題。1.3信號燈設置 ：兩個同步信號燈-    empty ：表示空緩沖區的數目，初值為有界緩沖區的大小n；     full ： 表示滿緩沖區(即信息)的數目，其初值為0；一個互斥信號燈-    mutex：互斥信號燈，初值為1。 1.4同步描述： 1.5程序描述：main( )        int full=0； /*滿緩沖區的數目*/    int empty=

5、n；/*空緩沖區的數目*/    int mutex=1；/*對有界緩沖區進行操作的互斥信號燈*/    cobegin    p1 ( )； p2( )；    coend    p1() while(生產未完成) ··· 生產一個產品; p(empty); p(mutex); 送一個產品到有界緩沖區; v(mutex)； v(full); p2( ) while(還要繼續消費) p(full)； p(mutex)； 從有界緩沖區中取產品； v(mutex)； v

6、(empty)； ··· 消費一個產品； 1.6 C+語言程序模擬用信號量機制實現生產者和消費者問題：本次課程設計主要通過C+模擬信號量制中各個進程，及各進程之間的互斥、同步關系，來實現生產者和消費者問題。2. 功能設計2.1設計目的：通過實驗模擬生產者和消費者之間的關系，了解并掌握他們之間的關系及其原理。由此增加對進程同步的問題的了解。具體如下: 1）掌握基本的同步互斥算法，理解生產者和消費者模型； 2）了解windows中多線程（多進程）的并發執行機制，線程（進程）間的同步和互斥； 3）學習使用windows中基本的同步對象，掌握相應的API。2.2設計功能:

7、利用模擬用信號量機制實現生產者和消費者問題：通過用戶控制取進程和放進程，反應生產者和消費者問題中所涉及的進程的同步與互斥。2.3數據流程圖：1、生產者2、消費者2.4模塊說明：const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 10; /緩沖區長度 unsigned short ProductID = 0; /產品號 unsigned short ConsumeID = 0; /將被消耗的產品號 unsigned short in = 0; /產品進緩沖區時的緩沖區下標 unsigned short out = 0; /產品出緩沖區時的緩沖區下標 int g_buffe

8、rSIZE_OF_BUFFER; /緩沖區是個循環隊列 bool g_continue = true; /控制程序結束 HANDLE g_hMutex; /用于線程間的互斥 HANDLE g_hFullSemaphore; /當緩沖區滿時迫使生產者等待 HANDLE g_hEmptySemaphore; /當緩沖區空時迫使消費者等待 DWORD WINAPI Producer(LPVOID); /生產者線程 DWORD WINAPI Consumer(LPVOID); /消費者線程 3、源程序#include <windows.h>#include <iostream>

9、const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 20;/有界緩沖區長度int g_bufferSIZE_OF_BUFFER;/開辟緩沖區，用數組表示，可以看成是一個循環隊列unsigned short ProductID = 0;/新生產出來的產品的產品號unsigned short ConsumeID = 0;/被消耗的產品的產品號unsigned short in = 0;/產品進緩沖區時的緩沖區下標，用于記錄生產者的指針位置unsigned short out = 0;/產品出緩沖區時的緩沖區下標，用于記錄消費者的指針位置bool g_continue = 1

10、;/控制程序運行：1表示繼續運行，0表示停止運行HANDLE g_hMutex;/線程間的互斥信號量HANDLE g_hFullSemaphore;/資源信號量：緩沖區滿HANDLE g_hEmptySemaphore;/資源信號量：緩沖區空DWORD WINAPI Producer(LPVOID);/生產者線程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID);/消費者線程const unsigned short PRODUCERS_COUNT=4;/生產者的個數const unsigned short CONSUMERS_COUNT=3;/消費者的個數const unsigned

11、short THREADS_COUNT=PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;/總線程數HANDLE hThreadsPRODUCERS_COUNT;/各線程的handleDWORD producerIDCONSUMERS_COUNT;/生產者線程的標識符DWORD consumerIDTHREADS_COUNT;/消費者線程的標識符/*-生產一個產品開始-*/生產一個產品，輸出其ID號void Produce()std:cout<<std:endl;std:cerr<<"生產一個產品: "<<+ProductI

12、D;std:cout<<std:endl;/*-生產一個產品結束-*/*-把新生產的產品放入緩沖區開始-*/把新生產的產品放入緩沖區void Append()std:cerr<<"把生產的產品送入緩沖區"g_bufferin=ProductID;in=(in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std:cerr<<std:endl;std:cout<<"緩沖區 產品 生產者/消費者"<<std:endl;/新產品放入緩沖區后，輸出緩沖區當前的狀態for(int i=0;i<SIZE_OF_

13、BUFFER;+i) /輸出緩沖區下標if (i<10)std:cout<<i<<" "<<g_bufferi;elsestd:cout<<i<<" "<<g_bufferi;if(i=in)if(g_bufferi<10)std:cout<<" "elsestd:cout<<" "std:cout<<" <- 生產者"/輸出生產者的指針位置if(i=out)if(g_b

14、ufferi<10)std:cout<<" "elsestd:cout<<" "std:cout<<" <- 消費者"/輸出消費者的指針位置std:cout<<std:endl;/*-把新生產的產品放入緩沖區結束-*/*-消費一個產品開始-*/void Consume()/消費一個產品std:cout<<std:endl;std:cerr<<"消費一個產品: "<<ConsumeID;std:cout<<st

15、d:endl;/*-消費一個產品結束-*/*-從緩沖區中取出一個產品開始-*/從緩沖區中取出一個產品void Take()std:cout<<std:endl;std:cerr<<"從緩沖區取出一個產品"ConsumeID=g_bufferout;out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std:cerr<<std:endl;std:cout<<std:endl;std:cout<<"緩沖區 產品 生產者/消費者"<<std:endl;/取出一個產品后，輸出緩沖區當前的狀

16、態for(int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;+i) /輸出緩沖區下標if(i<10)std:cout<<i<<" "<<g_bufferi;elsestd:cout<<i<<" "<<g_bufferi;if(i=in)if(g_bufferi<10)std:cout<<" "elsestd:cout<<" "std:cout<<" <- 生產者"/

17、輸出生產者的指針位置if(i=out)if(g_bufferi<10)std:cout<<" "elsestd:cout<<" "std:cout<<" <- 消費者"/輸出消費者的指針位置std:cout<<std:endl;/*-從緩沖區中取出一個產品結束-*/*-生產者線程開始-*/生產者線程DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara) while(g_continue)/資源信號量的P操作WaitForSingleObject(g_hFul

18、lSemaphore,INFINITE); /互斥信號量的P操作WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE); /生產一個產品Produce();/把新生產的產品放入緩沖區Append();Sleep(2000);/互斥信號量的V操作ReleaseMutex(g_hMutex); /資源信號量的V操作ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL); return 0;/*-生產者線程結束-*/*-消費者線程開始-*/消費者線程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara) while(g_conti

19、nue)/資源信號量的P操作WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE); /互斥信號量的P操作WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE); /從緩沖區中取出一個產品Take();/消費一個產品Consume();Sleep(2000);/互斥信號量的V操作ReleaseMutex(g_hMutex); /資源信號量的V操作ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL); return 0;/*-消費者線程結束-*/*-創建生產者線程開始-*/void createPT()/

20、創建生產者線程for(int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;+i)hThreadsi=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerIDi);if(hThreadsi=NULL)g_continue=0;/*-創建生產者線程結束-*/*-創建消費者線程開始-*/void createCT()/創建消費者線程for (int j=0;j<CONSUMERS_COUNT;+j)hThreadsPRODUCERS_COUNT+j=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consum

21、erIDj);if (hThreadsj=NULL)g_continue=0;/*-創建消費者線程結束-*/*-主函數開始-*/void main()/創建互斥信號量g_hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); /創建資源信號量g_hFullSemaphore=CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);g_hEmptySemaphore=CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);/創建生產者線程createPT();/創建消費者線程createCT();/不按回車鍵的話程序會一直運行下