大工19春《操作系统》大作业答案

网络教育学院《操作系统》课程设计题目：进程同步与互斥生产者-消费者问题学习中心：层次：专业：计算机网络技术年级：年秋季学号：学生：辅导教师：完成日期：年月日题目四：进程同步与互斥生产者-消费者问题设计思路：生产者—消费者问题是一种同步问题的抽象描述。计算机系统中的每个进程都可以消费或生产某类资源。当系统中某一进程使用某一资源时，可以看作是消耗，且该进程称为消费者。而当某个进程释放资源时，则它就相当一个生产者。流程（原理）图：1、生产者2、消费者基本内容：通过一个有界缓冲区(用数组来实现，类似循环队列)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去走产品并消费它。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。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，所以还需要再设置一个互斥信号量g_hMutex，起初值为1。在生产者/消费者问题中，信号量实现两种功能。首先，它是生产产品和消费产品的计数器，计数器的初始值是可利用的资源数目(有界缓冲区的长度)。其次，它是确保产品的生产者和消费者之间动作同步的同步器。生产者要生产一个产品时，首先对资源信号量g_hFullSemaphore和互斥信号量g_hMutex进行P操作，申请资源。如果可以通过的话，就生产一个产品，并把产品送入缓冲区。然后对互斥信号量g_hMutex和资源信号量g_hEmptySemaphore进行V操作，释放资源。消费者要消费一个产品时，首先对资源信号量g_hEmptySemaphore和互斥信号量g_hMutex进行P操作，申请资源。如果可以通过的话，就从缓冲区取出一个产品并消费掉。然后对互斥信号量g_hMutex和资源信号量g_hFullSemaphore进行V操作，释放资源。如果缓冲区中已经没有可用资源，就把申请资源的进程添加到等待队列的队尾。如果有一个资源被释放，在等待队列中的第一个进程被唤醒并取得这个资源的使用权。源代码：//本程序于2005.12.25在VC++6.0下运行通过//系统环境：WindowsXP#includewindows.h#includeiostreamconstunsignedshortSIZE_OF_BUFFER=20;//有界缓冲区长度intg_buffer[SIZE_OF_BUFFER];//开辟缓冲区，用数组表示，可以看成是一个循环队列unsignedshortProductID=0;//新生产出来的产品的产品号unsignedshortConsumeID=0;//被消耗的产品的产品号unsignedshortin=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unsignedshortout=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boolg_continue=1;//控制程序运行：1表示继续运行，0表示停止运行HANDLEg_hMutex;//线程间的互斥信号量HANDLEg_hFullSemaphore;//资源信号量：缓冲区满HANDLEg_hEmptySemaphore;//资源信号量：缓冲区空DWORDWINAPIProducer(LPVOID);//生产者线程DWORDWINAPIConsumer(LPVOID);//消费者线程constunsignedshortPRODUCERS_COUNT=4;//生产者的个数constunsignedshortCONSUMERS_COUNT=3;//消费者的个数constunsignedshortTHREADS_COUNT=PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;//总线程数HANDLEhThreads[PRODUCERS_COUNT];//各线程的handleDWORDproducerID[CONSUMERS_COUNT];//生产者线程的标识符DWORDconsumerID[THREADS_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voidProduce(){std::coutstd::endl;std::cerr生产一个产品:++ProductID;std::coutstd::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voidAppend(){std::cerr把生产的产品送入缓冲区;g_buffer[in]=ProductID;in=(in+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerrstd::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(inti=0;iSIZE_OF_BUFFER;++i){//输出缓冲区下标if(i10)std::coutig_buffer[i];elsestd::coutig_buffer[i];if(i==in){if(g_buffer[i]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_buffer[i]10)std::cout;elsestd::cout;std::cout--消费者;//输出消费者的指针位置}std::coutstd::endl;}}/*------------把新生产的产品放入缓冲区结束--------------*//*--------------消费一个产品开始------------------*/voidConsume()//消费一个产品{std::coutstd::endl;std::cerr消费一个产品:ConsumeID;std::coutstd::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voidTake(){std::coutstd::endl;std::cerr从缓冲区取出一个产品;ConsumeID=g_buffer[out];out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER;std::cerrstd::endl;std::coutstd::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态for(inti=0;iSIZE_OF_BUFFER;++i){//输出缓冲区下标if(i10)std::coutig_buffer[i];elsestd::coutig_buffer[i];if(i==in){if(g_buffer[i]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_buffer[i]10)std::cout;elsestd::cout;std::cout--消费者;//输出消费者的指针位置}std::coutstd::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DWORDWINAPIProducer(LPVOIDlpPara){while(g_continue){//资源信号量的P操作WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,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);}return0;}/*---------生产者线程结束-----------------*//*-----------消费者线程开始--------------*///消费者线程DWORDWINAPIConsumer(LPVOIDlpPara){while(g_continue){//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);}return0;}/*-------消费者线程结束----------------*//*--------创建生产者线程开始--------------*/voidcreatePT()//创建生产者线程{for(inti=0;iPRODUCERS_COUNT;++i){hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);if(hThreads[i]==NULL)g_continue=0;}}/*---------创建生产者线程结束-------------------*//*--------创建消费者线程开始-------------------*/voidcreateCT()//创建消费者线程{for(intj=0;jCONSUMERS_COUNT;++j){hThreads[PRODUCERS_COUNT+j]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[j]);if(hThreads[j]==NULL)g_continue=0;}}/*--------------创建消费者线程结束----------*//*---------主函数开始-----------*/voidmain(){//显示程序提示信息info();//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