操作系统课程设计报告

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1、操作系统课程设计报告题目：生产者-消费者问题的设计与实现学号：姓名：任课教师：2016年12月41摘要生产者-消费者问题是计算机操作系统中并发进程内在关系的一种抽象，是典型的进程同步问题。在操作系统中，生产者进程可以是计算进程、发送进程；而消费者进程可以是打印进程、接收进程等等。解决好生产者--消费者问题就解决好了一类并发进程的同步问题。该课程设计在理解和分析了生产者-消费者问题的前提下，对算法的实现在总体上进行了设计，包括在对算法分模块设计，并对各个模块的算法思想通过流程图表示，分块编写代码，并进行测试，最后进行程序的测

2、试，在设计思路上严格按照软件工程的思想执行，确保了设计和实现的可行，可信。代码实现采用C语言。关键词：生产者-消费者问题、互斥、同步41目录第一章绪论41.1课程设计目的41.2课程设计内容41.3相关知识41.3.1进程间的制约关系51.3.2进程互斥51.3.3进程同步6第二章生产者-消费者问题需求分析72.1环境需求72.2功能需求7第三章生产者-消费者问题的设计153.1数据结构153.2功能模块17第四章生产者-消费者问题的实现194.1功能模块的实现194.2流程图25第五章运行示例及结果分析29第六章个人体会

3、31第七章参考文献34第八章附录3541第一章绪论1.1课程设计目的“操作系统”是计算机专业的核心专业课，“操作系统课程设计”是理解和巩固操作系统基本理论、原理和方法的重要实践环节。本课程通过设计实现一个综合作业，加深对操作系统原理的理解，提高综合运用所学知识的能力，培养学生独立工作和解决问题的能力，取得设计与调试的实践经验，为今后进一步从事计算机系统软件和应用软件的分析、研制和开发打下良好的基础。1.2课程设计内容课程设计的任务是采用C语言编程实现用信号量机制解决生产者和消费者问题。信号量和PV操作不仅可以解决进城互斥问

4、题，而且是实现进程同步的有力工具。在协作进程之间，一个进程的执行依赖于协作进程的信号或消息，在尚未得到来自协作进程的信号消息时则等待，直至信号或消息到达时才被唤醒。1.3相关知识在多道程序的环境中，系统中的多个进程可以并发执行，41同时它们又要共享系统中的资源，由此诸进程间会产生错综复杂的相互制约的关系。1.1.1进程间的制约关系(1)竞争关系源于资源共享，多个不存在逻辑关系的进程因共享资源而产生制约关系。若一个进程要求使用某一资源，而该资源正被另一个进程使用，并且这一资源不允许两个进程同时访问，那么该进程只有等待，只有这

5、一资源释放后才能使用。(2)协作关系源于进程间的协作。一组进程为完成共同任务分工协作，各进程都独立以不可预知速度推进，在执行的先后次序就有约束，在一些关键点上协调工作。若一个进程运行到某关键点时，在尚未收到另一协作进程发来的信息前应阻塞自己，等协作进程发来消息后方可继续执行。进程间这种相互依赖又相互制约，相互协作又相互竞争的关系，主要表现在进程互斥和进程同步两方面1.1.2进程互斥(1)临界资源一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。(2)临界区41每个进程中访问临界资源的那段程序段称为临界区。（临界段）两个进程必须互斥

6、的进入临界区,否则就可能出与时间有关的错误.(3)进程互斥进程应互斥访问同一临界资源，即进程应互斥的进入临界区。当一进程正在访问某临界区时，就不允许其它进程进入，试图进入临界区的另一进程必须等待。进程之间的这种相互制约的关系称为进程互斥。(4)进入临界区的准则每次至多有一个进程进入临界区内执行；若已有进程在临界区中，试图进入此临界区的其他进程应等待；进入临界区的进程应在有限时间内退出，以便让等待队列中的一个进程进入。1.1.1进程同步互斥的概念来自于进程对临界资源的竞争，同步来源于多个进程的协作。在人类社会中竞争与协作是永

7、恒的。进程同步：几个进程相互协作，一个进程到达某点后，若另一进程尚未完成某些操作，就必须停下来等待，只有等另一进程的这些操作完成了才能继续执行。协作进程间需要在某些关键点上排定执行先后次序而等待、传递信号或消息所产生的协作关系称为进程同步。41第一章生产者-消费者问题需求分析1.1环境需求硬件：台式或者笔记本电脑软件：1.window7系统。2.MicrosoftVisualC++6.01.2功能需求解决PN个生产者，CN个消费者，公用M个环形缓冲区的问题，生产者与消费者存在同步关系，而且各个生产者之间、各个消费者之间存在

8、互斥关系,他们必须互斥地访问缓冲区。生产者-消费者（producer-consumer）问题，也称作有界缓冲区（bounded-buffer）问题，两个进程共享一个公共的固定大小的缓冲区。其中一个是生产者，用于将消息放入缓冲区；另外一个是消费者，用于从缓冲区中取出消息。问题出现在当缓冲区已经满了，而此时