生产者消费者问题操作系统课程设计

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1、题 目：题 目：生产者生产者- -消费者问题消费者问题的模拟实现的模拟实现 一、一、设计目的设计目的 本课程设计是学习完“操作系统原理”课程后进行的一次全面的综合训练， 通过课程设计，更好地掌握操作系统的原理及实现方法，加深对操作系统基础理 论和重要算法的理解，加强学生的动手能力。 二、二、设计内容设计内容 （1 1）概述）概述 设计目的:通过研究 Linux 的进程机制和信号量实现生产者消费者问题的 并发控制。 说明:有界缓冲区内设有 20 个存储单元,放入/取出的数据项设定为 1-20 这 20 个整型数。 设计要求:(1)每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后,即时显示有界 缓冲区的全

2、部内容,当前指针位置和生产者/消费者县城的标识符。(2)生产者和 消费者各有两个以上。(3)多个生产者或多个消费者之间须有共享对缓冲区进行 操作的函数代码。 （2 2）设计原理）设计原理 通过一个有界缓冲区把生产者和消费者联系起来。假定生产者和消费者的优先级是 相同的，只要缓冲区未满，生产者就可以生产产品并将产品送入缓冲区。类似地，只要 缓冲区未空，消费者就可以从缓冲区中取走产品。应该禁止生产者向满的缓冲区送入产 品，同时也应该禁止消费者从空的缓冲区中取出产品，这一机制有生产者线程和消费者 线程之间的互斥关系来实现。与计算打印两进程同步关系相同，生产者和消费者两进程 P 和 C 之间应满足下列

3、两个同步条件： 只有在缓冲池中至少有一个缓冲区已存入消息后，消费者才能从中提取信息， 否则消费者必须等待。 只有缓冲池中至少有一个缓冲区是空时，生产者才能把消息放入缓冲区，否则 生产者必须等待。 为了满足第一个同步条件，设置一个同步信号量 full，它代表的资源是缓冲区满， 它的初始值为 0，它的值为 n 时整个缓冲池满。这个资源是消费者类进程 C 所有，C 进 1 程可以申请该资源，对它施加 P 操作，而 C 进程的合作进程生产者进程 P 对它施加 V 操 作。同样为了满足第二个同步条件，设置另一个同步信号量 empty，它代表的资源是缓 冲空区，它的初始值为 n，表示缓冲池中所有缓冲区空。

4、信号量 full 表示可用缓冲区数 量，信号量 empty 表示缓冲区数量，设置整型变量：存入指针 in 和取出指针 out。 为解决生产者/消费者问题，应该设置两个资源信号量，其中一个表示空缓冲区的 数目，用 g_hFullSemaphore 表示，其初始值为有界缓冲区的大小 SIZE_OF_BUFFER；另 一个表示缓冲区中产品的数目，用 g_hEmptySemaphore 表示，其初始值为 0.另外，由于 有界缓冲区是一个临界资源，必须互斥使用，所以还需要在设置一个互斥信号量 g_hMutex，初始值为 1. P 原语的主要动作是： sem 减 1； 若 sem 减一后仍大于或等于零，则

5、进程继续执行； 若 sem 减一后小于零，则该进程被阻塞后入与该信号相对应的队列 中，然后转进程调度。 V 原语的操作主要动作是： sem 加 1； 若相加结果大于零，进程继续执行； 若相加结果小于或等于零， 则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程 然后再返回原进程继续执行或转进程调度。 采用的同步方法： 1）利用函数CreateMutex(NULL,FALSE,NULL)创建互斥信号量g_hMutex，表 示缓冲区当前的状态，若为true时，则表示缓冲区正被别的进程使用。三个参 数表示的意义分别为：指向安全属性的指针，初始化互斥对象的所有者,指向互 斥对象名的指针。 2） 利用函数Create

6、Semaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1, NULL)创建缓冲区满的信号量g_hFullSemaphore， 值为true时表示缓冲区已满。 四 个参数分别为：表示是否允许继承、设置信号机的初始计数、设置信号机的最 大计数、指定信号机对象的名称（-1是因为计数从开始）。 2 3）利用函数 CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL)创建缓冲 区空的信号量 g_hEmptySemaphore，该值为 true 时表示缓冲区为空。 5、数据定义及其详细解释 const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 20; /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