数据库实验报告

1、实验题目 数据采集及数据处理同步处理姓名： 学号： 日期：一、 实验目的和要求目的1、深刻理解多道程序管理的思想及进程的概念；2、掌握进程的同步和互斥概念，学习使用PV 原语操作，实现进程同步和互斥；3、了解windows系统中进程编程的基本原理，学习C+实现进程管理的方法。要求1. 在 C+/MFC 中利用PV 原语实现进程的同步和互斥；2. 通过屏幕输出相关信息，表明进程的执行过程（如：数据的采集、传输、处理过程）；题目数据采集进程获取前置机传来的数据帧并存放在等待缓冲池中，如图1所示。等待缓冲池由10 个缓冲区组成环形队列，每个缓冲区只允许存放1 个待处理的数据帧，当缓冲池满时不允许继续

2、存放数据帧。数据处理进程只有在缓冲池有待处理的数据帧时才不断读取缓冲区中的数据帧，并进行处理。 要求：1） 缓冲区是临界资源，写入数据帧时不能进行数据帧的读取，同时，读取数据帧时也不能进行数据帧的写入，读取/写入数据帧的时间延时可忽略不计；2） 数据采集进程每次从前置机获取的数据帧大小随机产生，但不大于600Byte，两次数据采集的时间间隔为500ms（注意：在此时间间隔内不占用缓冲区）；3） 数据处理进程只在读取数据帧的时候占用临界资源，数据处理过程中并不占用缓冲区，数据帧的处理时间跟其大小成正比，每Byte 的处理时间为3ms。processget图 1、数据采集与处理过程示意图二、 概要

3、设计1采用的数据结构（或抽象数据类型）的定义,包括逻辑结构和存储结构阐述；本程序中采用循环队列的数据结构，连续线性表存储方式。将队列存储空间的最后一个位置绕到第一个位置，形成逻辑上的环状空间。环形队列由10个缓冲区组成，每个缓冲区存放一个待处理数据帧。具体代码定义如下：class Q /定义循环队列int mm; /存储空间容量int front; /排头指针int rear; /队尾指针int *q; /循环队列存储空间首地址public:Q() /构造函数 mm=Queue_size; /存储空间容量 q=new int mm; /动态申请存储空间 front=mm; rear=mm; v

4、oid ins_sq_Q(int); /入队 int del_sq_Q(); /退队int qfull(); /队满int qempty(); /队空;2.主要功能模块的功能（1）模块一：循环队列类 用于存放前置机传来的数据帧。 具体代码如下：class Q /定义循环队列int mm; /存储空间容量int front; /排头指针int rear; /队尾指针int *q; /循环队列存储空间首地址public:Q() /构造函数 mm=Queue_size; /存储空间容量 q=new int mm; /动态申请存储空间 front=mm; rear=mm; void ins_sq_Q(

5、int); /入队 int del_sq_Q(); /退队int qfull(); /队满int qempty(); /队空;void Q:ins_sq_Q(int x) /入队assert(!qfull(); /判断，当队不满时可以进行入队操作 rear=(rear+1)%mm; qrear=x;int Q:del_sq_Q() /退队int temp; /判断，当队非空时可以进行退队操作 assert(!qempty(); front=(front+1)%mm; temp=qfront; return temp;int Q:qfull() /判断是否队满return (rear+1)%mm

6、=front;int Q:qempty() /判断是否队空 return front = rear;（2）模块二：Get进程 数据采集进程，每次从前置机获取的数据帧大小随机产生，但不大于600Byte，两 次数据采集的时间间隔为500ms，并且在此时间间隔内不占用缓冲区。具体代码如下:DWORD WINAPI Get(LPVOID pParm)while(1) Sleep(collectstep_time); /数据采集延时 ReleaseSemaphore(full,1,NULL); /V(full)待处理信号量+1 n+; /缓冲池中待处理数据帧数目增一 WaitForSingleObje

7、ct(mutex,INFINITE);/P(mutex)获取线程间互斥信号 int frame_size; frame_size = rand()%600; /产生数据帧大小的随机数 cout<<"新数据帧大小"<<frame_size<<" Byte," q.ins_sq_Q(frame_size); /对q进行入队操作 cout<<"待处理的数据帧数目为"<<n<<endl; ReleaseMutex(mutex); /V(mutex)释放线程间互斥信号 Wa

8、itForSingleObject(empty,INFINITE); /P(empty)空信号量-1return 0;（3）模块三：Process进程 数据处理进程。只在读取数据帧的时候占用临界资源，不占用缓冲区。（数据帧的处理时间跟其大小成正比，每Byte 的处理时间为3ms）具体代码如下：DWORD WINAPI Process(LPVOID pParm) while(1) WaitForSingleObject(full,INFINITE); /P(full)待处理信号量-1 WaitForSingleObject(mutex,INFINITE);/P(mutex)获得线程间互斥信号 i

9、nt time; /处理的时间 int x=q.del_sq_Q(); /退队操作 time=x*process_time; /总的数据帧处理时间 cout<<"正在处理大小"<<x<<"Byte的数据帧," cout<<"处理时间"<<time<<"ms,请稍后."<<endl; ReleaseMutex(mutex); /V(mutex)释放线程间互斥信号 n-; /缓冲池中待处理数据帧数目减一 Sleep(time); /下一

10、次“数据采集”的时间间隔 ReleaseSemaphore(empty,1,NULL);/V(empty)空信号量+1 return 0;3.主程序的流程及各程序模块之间的层次关系。开始创建进程互斥 数据处理进程数据采集进程否是否超过所设定的程序运行时间是消除进程 结束三、 详细设计写出各模块（或主要模块）的流程图/伪码算法；1. Get进程模块：开始数据采集延时产生数据帧大小的随机数数据帧存放在等待缓冲池中结束 2. Process模块：开始处理数据帧，退队操作计算总的数据帧处理时间结束4、 分析1. 分析相关进程功能、进程间同步/互斥关系、信号量定义、PV 操作的使用；Get进程：分配数据

11、帧大小，并进行数据采集；Process进程：进行数据处理操作并退队。Get进程与Process进程间为互斥关系。信号量定义 信号量full: 缓冲池中等待处理的数据帧数，初值为0； 信号量empty: 空余的缓冲区数，初值为Queue_size 大小； 信号量mutex：互斥信号量访问临界资源。PV操作的使用： 在Get进程中，采集了数据，进行V操作，待处理信号量增一，P(mutex)获取线程间互斥信号，对q进行入队操作后，V(mutex)释放线程间互斥信号，P操作，空信号量减一。在Process进程中，处理了数据，进行P操作，待处理信号量减一，P(mutex)获得线程间互斥信号，进行退队操作

12、后，V(mutex)释放线程间互斥信号，缓冲池中待处理数据帧数目减一，V操作，空信号量增一。 2 调试中遇到的问题及对问题的解决方法；刚开始调试时屏幕上只能显示“新数据帧大小41Byte”，程序便停止运行。从程序流程来看，推测可能是Get进程还未开始便已出错，由此可知可能是入队时没能成功入队。于是检查循环队列类模块，发现构造函数的函数名与类名不同，而构造函数名是应该与类名相同的，构造函数有错。经改正之后，再运行程序，数据采集进程与数据处理进程依次正常进行，并在屏幕上正确显示，程序可行。3 算法的时间复杂度和空间复杂度。 时间复杂度：O(n) 空间复杂度：O(n)五、 使用说明及测试结果运行程序

13、后，从前置机获取数据大小（随机数）后进行数据采集，写入数据帧，随后占用临界资源读取数据帧，进行数据处理。如此循环。测试结果界面如下：六、 源程序（带注释）#include<iostream>#include<windows.h>#include<cassert>using namespace std;const int process_time=3; /每Byte 数据帧处理时间3msconst int collectstep_time=500; /数据采集间隔时间500msconst int TimeLimit=15000; /程序运行时间15sconst

14、 int Queue_size=10; /队列长度/定义互斥信号量访问临界资源HANDLE mutex=CreateMutex(NULL, false, "mutex");/信号量full: 缓冲池中等待处理的数据帧数，初值为0HANDLE full=CreateSemaphore(NULL, 0, Queue_size, "full");/信号量empty: 空余的缓冲区数，初值为Queue_size 大小HANDLE empty=CreateSemaphore(NULL, Queue_size, Queue_size, "empty&quo

15、t;);class Q /定义循环队列int mm; /存储空间容量int front; /排头指针int rear; /队尾指针int *q; /循环队列存储空间首地址public:Q() /构造函数 mm=Queue_size; /存储空间容量 q=new int mm; /动态申请存储空间 front=mm; rear=mm; void ins_sq_Q(int); /入队 int del_sq_Q(); /退队int qfull(); /队满int qempty(); /队空;void Q:ins_sq_Q(int x) /入队assert(!qfull(); /判断，当队不满时可以进

16、行入队操作 rear=(rear+1)%mm; qrear=x;int Q:del_sq_Q() /退队int temp; /判断，当队非空时可以进行退队操作 assert(!qempty(); front=(front+1)%mm; temp=qfront; return temp;int Q:qfull() /判断是否队满return (rear+1)%mm=front;int Q:qempty() /判断是否队空 return front = rear;int n=0; /缓冲池中待处理数据帧数目Q q; /*Get 进程*DWORD WINAPI Get(LPVOID pParm)wh

17、ile(1) Sleep(collectstep_time); /数据采集延时 ReleaseSemaphore(full,1,NULL); /V(full)待处理信号量+1 n+; /缓冲池中待处理数据帧数目增一 WaitForSingleObject(mutex,INFINITE);/P(mutex)获取线程间互斥信号 int frame_size; frame_size = rand()%600; /产生数据帧大小的随机数 cout<<"新数据帧大小"<<frame_size<<" Byte," q.ins_sq

18、_Q(frame_size); /对q进行入队操作 cout<<"待处理的数据帧数目为"<<n<<endl; ReleaseMutex(mutex); /V(mutex)释放线程间互斥信号 WaitForSingleObject(empty,INFINITE); /P(empty)空信号量-1return 0;/*Process 进程*DWORD WINAPI Process(LPVOID pParm) while(1) WaitForSingleObject(full,INFINITE); /P(full)待处理信号量-1 WaitForSingleObject(mutex,INFINITE);/P(mutex)获得线程间互斥信号 int time; /处理的时间 int x=q.del_sq_Q(); /退队操作 time=x