计算机操作系统课程设计报告32387

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1、武汉理工大学华夏学院《操作系统原理》课程设计说明书操作系统设计报告姓名：韦李学号：201113030225日期：2013年12月30日15武汉理工大学华夏学院《操作系统原理》课程设计说明书目录第1章需求分析11.1设计题目11.2设计目的11.3设计环境与工具11.3.1设计环境11.3.2设计工具11.4设计要求1第2章概要设计22.1设计内容与原理22.1.1设计内容22.1.2设计原理22.2程序流程图3第3章详细设计53.1数据结构53.2算法说明53.2.1同步机制原语算法53.2.2具体算法实现63.3具体程序实现73.3.1生产者方法73.3.2消费者方法73.3.3多线程实现8

2、第4章程序运行结果和分析104.1运行结果104.2结果分析10第5章总结与体会11附录：源程序1415武汉理工大学华夏学院《操作系统原理》课程设计说明书第1章需求分析1.1设计题目用多线程同步方法解决生产者－消费者问题1.2设计目的1.通过编程实现生产者与消费者问题，了解进程同步的概念，理解信号量机制的原理。2.掌握运用信号量解决进程同步问题的方法，学会运用进程的同步于互斥结局生产者与消费者的冲突问题。3.通过研究Linux的线程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发控制。1.3设计环境与工具1.3.1设计环境Fedora10操作系统1.3.2设计工具Vi编辑器，gcc编译器1.4设计要求1

3、.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。2.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部内容、当前指针位置和生产者/消费者线程的标识符。3.生产者和消费者各有两个以上。4.多个生产者或多个消费者之间须共享对缓冲区进行操作的函数代码。15武汉理工大学华夏学院《操作系统原理》课程设计说明书第2章概要设计2.1设计内容与原理2.1.1设计内容在同一个进程地址空间内执行的两个线程，生产者生产物品，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

4、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，知道新的物品被生产出来，我的具体做法也是如此，建立缓冲区，生产者生产的产品放入，消费者从中取产品，如果没有产品，则等待。2.1.2设计原理要实现生产者与消费者的互斥关系，生产者和消费者进程之间必须满足两个同步条件：1.只有在缓冲池中至少有一个缓冲区已存入消息后，消费者才可以从中提取消息，否则消费者必须等待。2.只有缓冲池中至少有一个缓冲区是空时，生产者才可以把消息放入缓冲区中，否则生产者必须等待。要满足第一个同步条件，设置一个同步信号量full_sem，它的值为20时整个缓冲区满

5、，这个资源是消费者进程所拥有，消费者进程可以申请资源，对它做P操作；另外一个信号量empty_sem，它的初值为20，表示整个缓冲区都是空的。可以用full_sem表示空缓冲区数量，empty_sem表示满缓冲区数量，另外有界缓冲区是一个临界资源，必须互斥使用，所以必须再设置一个互斥信号量mux，初值为1。15武汉理工大学华夏学院《操作系统原理》课程设计说明书在生产者/消费者问题中，信号量实现两种功能，首先，它是跟踪资源的生产和消费的计数器，其次，它是协调产品的生产者和消费者之间动作同步的同步器。消费者通过再一指派给它的信号量上做P操作来表示消耗资源，而生产者通过再同一个信号量上做V操作来表示

6、生产资源。而这种信号量的实施中，计数在每次P操作后减1，而在每次V操作后加1。这个计数器的初始值是可利用的资源数目，当资源是不可利用时，将申请资源的进程防止在等待队列中，如果有一个资源释放，在等待队列中的第一个进程被唤醒并得到资源的控制权。假定在生产者和消费者之间的公用缓冲区中，具有n个缓冲区，这时可以利用互斥信号量mutex实现诸进程对缓冲区的互斥使用，利用信号量empty和full分别表示缓冲池中空缓冲区和满缓冲区的数量，又假定这些生产者和消费者互相等效果，只要缓冲区未满，生产者便可以将消息送入缓冲池，只要缓冲池未空，消费者便可以从缓冲池中取走一个消息。2.2程序流程图生产一条数据是否可用

7、存储单元是否可用存入一条数据归还使用权数据单元加1，唤醒一个消费者等待资源，阻塞被唤醒等待使用权，阻塞被唤醒无有否图2.1生产者流程图15武汉理工大学华夏学院《操作系统原理》课程设计说明书是否有数据单元是否可用取走一条数据归还使用权空单元加1，唤醒一个生产者消费数据等待资源，阻塞被唤醒等待使用权，阻塞被唤醒有是否图2.2消费者流程图15武汉理工大学华夏学院《操作系统原理》课程设计说明书第3章详细设