用多线程同步方法解决生产者-消费者问题

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1、武汉理工大学华夏学院课程设计报告书课程名称：操作系统原理题目：用多线程同步方法解决生产者－消费者问题系名：信息工程系专业班级：软件1091班姓名：千里锋行学号：10212809121指导教师:赵传斌苏永红2011年12月21日武汉理工大学华夏学院《操作系统》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：千里锋行专业班级：软件1091指导教师：苏永红工作单位：设计题目：用多线程同步方法解决生产者－消费者问题初始条件：1．操作系统：Linux2．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:主要任务：通过研究L

2、inux的线程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发控制。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。(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部内容、当前指针位置和生产者／消费者线程的标识符。(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共享对缓冲区进行操作的函数代码。提示:(1)有界缓冲区/连续存储区可用数组实现。(2)编译命令可用：　　　　　gcc-lpthread-o　目标文件名　　源文件名(3)多线程编程方法参见电子文档。设计报告撰写格式要求：1设计题目与要求2设计思想3系统结构4数据结构的说明和模

3、块的算法流程图5使用说明书（即用户手册）：内容包含如何登录、退出、读、写等操作说明6运行结果和结果分析（其中包括实验的检查结果、程序的运行情况）7自我评价与总结8附录：程序清单，注意加注释（包括关键字、方法、变量等），在每个模块前加注释；时间安排12月19日布置课程设计任务；分配题目后，查阅资料、准备程序；12月19～12月21日上机调试程序、书写课程设计报告；12月22日提交课程设计报告及相关文档。指导教师签字：2011年12月17日系主任签字：2011年12月18日武汉理工大学华夏学院《操作系统》课程设计说明书一．设计题目与要求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

4、问题(Producer-ConsumerProblem)的并发控制。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。二．设计思想本次课设涉及到同步信号量和互斥信号量的应用，在这里我用线程的同步和互斥来实现。在同一个进程地址空间内执行的两个线程。生产者线程生产物品，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

5、生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么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，直到新的物品被生产出来。在本问题中,共需要一个Mutex和两个Semaphore，其中Mutex是来用锁定临界区的,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Sema

6、phore.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).武汉理工大学华夏学院《操作系统》课程设计说明书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。三．系统结构生产者消费者问题模拟生产者线程消费者线程打印缓冲情况生产者方法消费者方法打印缓冲情况四．数据结构的说明和模块的算法流程图消费者方

7、法：生产者方法：设置empty_sem信号量解锁锁缓冲区位置加1加锁等待full_sem信号量消费者id加1开始开始生产者id加1等待empty_sem信号量加锁缓冲区位置加1解锁锁设置full_sem信号量武汉理工大学华夏学院《操作系统》课程设计说明书五．使用说明书1.宏的意义：N：消费者或者生产者的数目M：缓冲区的数目2.程序的运行a．打开linux的终端；b．编译程序，输入命令gcc–ody