进程同步模拟设计—生产者和消费者

1、学 号： 0121010340621课 程 设 计题 目进程同步模拟设计生产者和消费者问题学 院计算机科学与技术学院专 业计算机科学与技术专业班 级1006班姓 名丁探指导教师刘洪星2013年1月17日课程设计任务书学生姓名： 丁探 专业班级： 计算机1006 指导教师： 刘洪星 工作单位： 计算机科学与技术学院 题 目: 进程同步模拟设计生产者和消费者问题 初始条件：1预备内容：阅读操作系统的进程管理章节内容，对进程的同步和互斥，以及信号量机制度有深入的理解。2实践准备：掌握一种计算机高级语言的使用。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1模拟用信

2、号量机制实现生产者和消费者问题。2设计报告内容应说明： 课程设计目的与功能； 需求分析，数据结构或模块说明(功能与框图)； 源程序的主要部分； 运行结果与运行情况分析； 自我评价与总结：i）你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色；ii）什么地方做得不太好，以后如何改正；iii）从本设计得到的收获（在编写，调试，执行过程中的经验和教训）；iv）完成本题是否有其他的其他方法（如果有，简要说明该方法）；v）对实验题的评价和改进意见，请你推荐设计题目。时间安排：设计安排一周：周1、周2：完成程序分析及设计。周2、周3：完成程序调试及测试。周4、周5：验收、撰写课程设计报告。（注意事项：严禁抄袭

3、，一旦发现，抄与被抄的一律按0分记）指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录1、 需求分析.42、 功能设计.53、源程序.84、运行结果.135、总 结.166、参考文献.16生产者消费者问题1. 需求分析1.1问题描述： 一组生产者向一组消费者提供消息，它们共享一个有界缓冲区n，生产者向其中投放消息，消费者从中取得消息。1.2规则：n 对于生产者进程：产生一个数据，当要送入缓冲区时，要检查缓冲区是否已满，若未满，则可将数据送入缓冲区，并通知消费者进程；否则，等待；n 对于消费者进程：当它去取数据时，要看缓冲区中是否有数据可取，若有则取走一个数据，并通知生产者进

4、程，否则，等待。n 缓冲区是个临界资源，因此，诸进程对缓冲区的操作程序是一个共享临界区，所以，还有个互斥的问题。1.3信号灯设置 ：两个同步信号灯-    empty ：表示空缓冲区的数目，初值为有界缓冲区的大小n；     full ： 表示满缓冲区(即信息)的数目，其初值为0；一个互斥信号灯-    mutex：互斥信号灯，初值为1。 1.4同步描述： 1.5程序描述：main( )        int full=0； /*满缓冲区的数目*/    int empty=

5、n；/*空缓冲区的数目*/    int mutex=1；/*对有界缓冲区进行操作的互斥信号灯*/    cobegin    p1 ( )； p2( )；    coend    p1() while(生产未完成) ··· 生产一个产品; p(empty); p(mutex); 送一个产品到有界缓冲区; v(mutex)； v(full); p2( ) while(还要继续消费) p(full)； p(mutex)； 从有界缓冲区中取产品； v(mutex)； v

6、(empty)； ··· 消费一个产品； 1.6 C+语言程序模拟用信号量机制实现生产者和消费者问题：本次课程设计主要通过C+模拟信号量制中各个进程，及各进程之间的互斥、同步关系，来实现生产者和消费者问题。2. 功能设计2.1设计目的：通过实验模拟生产者和消费者之间的关系，了解并掌握他们之间的关系及其原理。由此增加对进程同步的问题的了解。具体如下: 1）掌握基本的同步互斥算法，理解生产者和消费者模型； 2）了解windows中多线程（多进程）的并发执行机制，线程（进程）间的同步和互斥； 3）学习使用windows中基本的同步对象，掌握相应的API。2.2设计功能:

7、利用模拟用信号量机制实现生产者和消费者问题：通过用户控制取进程和放进程，反应生产者和消费者问题中所涉及的进程的同步与互斥。2.3数据流程图：1、生产者2、消费者2.4模块说明：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_buffe

8、rSIZE_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 3、源程序#include <windows.h>#include <iostream>

9、const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 20;/有界缓冲区长度int g_bufferSIZE_OF_BUFFER;/开辟缓冲区，用数组表示，可以看成是一个循环队列unsigned short ProductID = 0;/新生产出来的产品的产品号unsigned short ConsumeID = 0;/被消耗的产品的产品号unsigned short in = 0;/产品进缓冲区时的缓冲区下标，用于记录生产者的指针位置unsigned short out = 0;/产品出缓冲区时的缓冲区下标，用于记录消费者的指针位置bool g_continue = 1

10、;/控制程序运行：1表示继续运行，0表示停止运行HANDLE g_hMutex;/线程间的互斥信号量HANDLE g_hFullSemaphore;/资源信号量：缓冲区满HANDLE g_hEmptySemaphore;/资源信号量：缓冲区空DWORD WINAPI Producer(LPVOID);/生产者线程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID);/消费者线程const unsigned short PRODUCERS_COUNT=4;/生产者的个数const unsigned short CONSUMERS_COUNT=3;/消费者的个数const unsigned

11、short THREADS_COUNT=PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;/总线程数HANDLE hThreadsPRODUCERS_COUNT;/各线程的handleDWORD producerIDCONSUMERS_COUNT;/生产者线程的标识符DWORD consumerIDTHREADS_COUNT;/消费者线程的标识符/*-生产一个产品开始-*/生产一个产品，输出其ID号void Produce()std:cout<<std:endl;std:cerr<<"生产一个产品: "<<+ProductI

12、D;std:cout<<std:endl;/*-生产一个产品结束-*/*-把新生产的产品放入缓冲区开始-*/把新生产的产品放入缓冲区void Append()std:cerr<<"把生产的产品送入缓冲区"g_bufferin=ProductID;in=(in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std:cerr<<std:endl;std:cout<<"缓冲区 产品 生产者/消费者"<<std:endl;/新产品放入缓冲区后，输出缓冲区当前的状态for(int i=0;i<SIZE_OF_

13、BUFFER;+i) /输出缓冲区下标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<<" <- 生产者"/输出生产者的指针位置if(i=out)if(g_b

14、ufferi<10)std:cout<<" "elsestd:cout<<" "std:cout<<" <- 消费者"/输出消费者的指针位置std:cout<<std:endl;/*-把新生产的产品放入缓冲区结束-*/*-消费一个产品开始-*/void Consume()/消费一个产品std:cout<<std:endl;std:cerr<<"消费一个产品: "<<ConsumeID;std:cout<<st

15、d:endl;/*-消费一个产品结束-*/*-从缓冲区中取出一个产品开始-*/从缓冲区中取出一个产品void Take()std:cout<<std:endl;std:cerr<<"从缓冲区取出一个产品"ConsumeID=g_bufferout;out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std:cerr<<std:endl;std:cout<<std:endl;std:cout<<"缓冲区 产品 生产者/消费者"<<std:endl;/取出一个产品后，输出缓冲区当前的状

16、态for(int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;+i) /输出缓冲区下标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<<" <- 生产者"/

17、输出生产者的指针位置if(i=out)if(g_bufferi<10)std:cout<<" "elsestd:cout<<" "std:cout<<" <- 消费者"/输出消费者的指针位置std:cout<<std:endl;/*-从缓冲区中取出一个产品结束-*/*-生产者线程开始-*/生产者线程DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara) while(g_continue)/资源信号量的P操作WaitForSingleObject(g_hFul

18、lSemaphore,INFINITE); /互斥信号量的P操作WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE); /生产一个产品Produce();/把新生产的产品放入缓冲区Append();Sleep(2000);/互斥信号量的V操作ReleaseMutex(g_hMutex); /资源信号量的V操作ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL); return 0;/*-生产者线程结束-*/*-消费者线程开始-*/消费者线程DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara) while(g_conti

19、nue)/资源信号量的P操作WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE); /互斥信号量的P操作WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE); /从缓冲区中取出一个产品Take();/消费一个产品Consume();Sleep(2000);/互斥信号量的V操作ReleaseMutex(g_hMutex); /资源信号量的V操作ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL); return 0;/*-消费者线程结束-*/*-创建生产者线程开始-*/void createPT()/

20、创建生产者线程for(int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;+i)hThreadsi=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerIDi);if(hThreadsi=NULL)g_continue=0;/*-创建生产者线程结束-*/*-创建消费者线程开始-*/void createCT()/创建消费者线程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;/*-创建消费者线程结束-*/*-主函数开始-*/void main()/创建互斥信号量g_hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); /创建资源信号量g_hFullSemaphore=CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);g_hEmptySemaphore=CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);/创建生产者线程createPT();/创建消费者线程createCT();/不按回车键的话程序会一直运行下