用多线程同步方法解决生产者消费者问题操作系统课设.docx

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用多线程同步方法解决生产者消费者问题操作系统课设

学号：

课程设计

题目

用多线程同步方法解决生产者－消费者问题（Producer-ConsumerProblem）

学院

计算机科学与技术学院

专业

软件工程

班级

姓名

指导教师

年

月

日

目录

目录1

课程设计任务书1

正文2

1.设计目的与要求2

1.1设计目的2

1.2设计要求2

2.设计思想及系统平台2

2.1设计思想2

2.2系统平台及使用语言3

3.详细算法描述3

4.源程序清单6

5.运行结果与运行情况9

6.调试过程11

7.总结12

本科生课程设计成绩评定表13

课程设计任务书

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

工作单位：

计算机科学与技术学院

题目:

用多线程同步方法解决生产者－消费者问题（Producer-ConsumerProblem）

初始条件：

1．操作系统：

Linux

2．程序设计语言：

C语言

3．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．技术要求：

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）编译命令可用：

cc-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

上机时间安排：

18周一~五08：

0－12：

00

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

正文

1.设计目的与要求

1.1设计目的

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-ConsumerProblem）的并发控制。

1.2设计要求

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/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。

2.设计思想及系统平台

2.1设计思想

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.

对稀缺资源的分析不能想当然.稀缺资源不一定是指被共享的资源,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

2.2系统平台及使用语言

本课程设计在Linux操作系统下，使用C语言完成。

用到的工具主要有GCC编译器和VI编辑器。

3.详细算法描述

共享数据：

Semaphorebuffer_mutex=1；

Semaphoreproducer_semaphore=MAX_BUFFER；

Semaphoreconsumer_semaphore=0；

intbuffer[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线程的处理函数流程图如下：

consumer线程的处理函数:

while

（1）{

Wait（consumer_semaphore）;

Wait（buffer_mutex）;

Consume=buffer[cn];

cn=（cn+1）%MAX_BUFFER;

Signal（producer_semaphore）;

Signal（buffer_mutex）;

Sleep（）;

}

consumer线程的处理函数流程图如下：

4.源程序清单

用户名：

rj070126（IP：

192.168.2.254）

源程序名：

/home/rj070126/pc.c

目标程序名：

/home/rj070126/pc

运行结果：

/home/rj070126/output.txt

源程序清单如下：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#defineNUM_THREADS_P5/*definethenumberofproducer*/

#defineNUM_THREADS_C5/*definethenumberofconsumer*/

#defineMAX_BUFFER20/*definethenumberofbuffer*/

#defineRUN_TIME20/*definetheruntime*/

intbuffer[MAX_BUFFER];/*difinethebuffer*/

intproduce_pointer=0,consume_pointer=0;

sem_tproducer_semaphore,consumer_semaphore,buffer_mutex;

pthread_tthreads_p[NUM_THREADS_P];/*producer*/

pthread_tthreads_c[NUM_THREADS_C];/*consumer*/

FILE*fd;

void*producer_thread（void*tid）;

void*consumer_thread（void*tid）;

voidshowbuf（）;

voidhandler（）{

inti;

for（i=0;i

pthread_cancel（threads_p[i]）;

for（i=0;i

pthread_cancel（threads_c[i]）;

}

intmain（）{

inti;

signal（SIGALRM,handler）;

fd=fopen（"output.txt","w"）;/*openafiletosavetheresult*/

sem_init（&producer_semaphore,0,MAX_BUFFER）;/*setthevalueofsemaphores*/

sem_init（&consumer_semaphore,0,0）;

sem_init（&buffer_mutex,0,1）;

for（i=0;i

buffer[i]=0;/*initiatethebuffer*/

/*createthethreads*/

for（i=0;i

pthread_create（&threads_p[i],NULL,（void*）producer_thread,（void*）（i+1））;

for（i=0;i

pthread_create（&threads_c[i],NULL,（void*）consumer_thread,（void*）（i+1））;

alarm（RUN_TIME）;/*settimetorun*/

/*waitthethreadstoexit*/

for（i=0;i

pthread_join（threads_p[i],NULL）;

for（i=0;i

pthread_join（threads_c[i],NULL）;

/*destroythesemaphores*/

sem_destroy（&producer_semaphore）;

sem_destroy（&consumer_semaphore）;

sem_destroy（&buffer_mutex）;

fclose（fd）;

return0;

}

void*producer_thread（void*tid）{

/*thethreadcanbecanceledbyotherthread*/

pthread_setcancelstate（PTHREAD_CANCEL_ENABLE,NULL）;

while

（1）{

sem_wait（&producer_semaphore）;

srand（（int）time（NULL）*（int）tid）;

sleep（rand（）%2+1）;/*oneortwosecondstoproduce*/

while（（produce_pointer+1）%20==consume_pointer）;

sem_wait（&buffer_mutex）;

buffer[produce_pointer]=rand（）%20+1;

produce_pointer=（produce_pointer+1）%20;

if（produce_pointer==0）{/*ifbufferwasfilledtothe19th*/

printf（"producer:

%dpointer_p:

%2dproduced:

%2d\n",（int）tid,19,buffer[19]）