《操作系统》课程设计-用多线程同步方法解决生产者-消费者问题.doc

精品设计
学号:

题目
用多线程同步方法解决生产者-消费者问题(Producer-Consumer Problem)
学院
物理学与电子信息工程学院
专业
电子信息工程
班级
08电信本一班
姓名
指导教师
2010
年
12
月
日
目录
目录 1
课程设计任务书 1
正文 2
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课程设计任务书
题目: 用多线程同步方法解决生产者-消费者问题(Producer-Consumer Problem)
初始条件:
操作系统:Linux
程序设计语言:C语言
有界缓冲区内设有20个存储单元,其初值为0。放入/取出的数据项按增序设定为1-20这20个整型数。
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)为每个生产者/消费者产生一个线程,设计正确的同步算法
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当前全部内容、当前指针位置和生产者/消费者线程的自定义标识符。
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。
2. 设计说明书内容要求:
1)设计题目与要求
2)总的设计思想及系统平台、语言、工具等。
3)数据结构与模块说明(功能与流程图)
4)给出用户名、源程序名、目标程序名和源程序及其运行结果。(要注明存储各个程序及其运行结果的主机IP地址和目录。)
5)运行结果与运行情况
(提示: (1)有界缓冲区可用数组实现。
(2) -lpthread -o 目标文件名源文件名
(3)多线程编程方法参见附件。)
3. 调试报告:
1)调试记录
2)自我评析和总结
正文


通过研究Linux的线程机制和信号量实现生产者消费者问题(Producer-Consumer Problem)的并发控制。

1)为每个生产者/消费者产生一个线程,设计正确的同步算法
2)每个生产者/消费者对该存储区进行操作后,即时显示该存储区的全部内容、当
前指针位置和生产者/消费者线程的自定义标识符。
3)生产者和消费者各有两个以上。
4)多个生产者/消费者之间须共享对存储区进行操作的函数代码。


在本问题中,共需要一个Mutex和两个Semaphore.
其中,Mutex是用来锁定临界区的,以解决对共享数据buffer的互斥访问问题(无论是对生成者还是对消费者);
我们共需要两个Semaphore,这是因为在本问题中共有两个稀缺资源.
第一种是"非空"这种资源,是在消费者之间进行竞争的.
第二种是"非满"这种资源,是在生产者之间进行竞争的.
所以,一般来说,需要锁定临界区,就需要Mutex;有几种稀缺资源就需要几个Semaphore.
,很多时候是指线程会被阻塞的条件(除了要进临界区被阻塞外).
在生产者消费者问题中,消费者会在缓冲区为空时被阻塞,所以"非空"是一种稀缺资源;
需要设置一个信号量consumer_semaphore,初值设为0;
生产者会在缓冲区为满时被阻塞,所以"非满"也是一种稀缺资源.
需要设置一个信号量producer_semaphore,初值设为buffer的大小MAX_BUFFER

本课程设计在Linux操作系统下,使用C语言完成。编译器和VI编辑器。

共享数据:
Semaphore buffer_mutex=1;
Semaphore producer_semaphore=MAX_BUFFER;
Semaphore consumer_semaphore=0;
int buffer[MAX_BUFFER];
Producer线程的处理函数:
while(1){
Wait(producer_semaphore);
Wait(buffer_mutex);
Buffer[pn]=product;
pn=(pn+1)%MAX_BUFFER;
Signal(consumer_semaphore);
Signal(buffer_mutex);
Sleep();
}
producer线程的处理