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1、课程设计说明书课程名称： 操作系统课程设计 专 业： 计算机科学与技术 班级： 2012-2 设 计 人： 晁子墨 山 东 科 技 大 学2015年 1 月 14日山 东 科 技 大 学课 程 设 计 任 务 书一、 课程设计题目：操作系统二、 设计原始资料：操作系统（第三版）、现代操作系统三、 设计应解决下列各主要问题：1、生产者-消费者问题 2、内存管理3、快速文件系统四、 设计说明书应附有下列图纸：五、小组分工说明：晁子墨生产者-消费者问题、内存管理、快速文件系统六、命题发出日期：2014-9-24设计完成日期：2015-1-15指导教师评语成绩： 指导教师（签章）：年月日目 录题目一
2、生产者-消费者问题1 需求分析说明 51.1 问题描述51.2 原理分析62 概要设计说明62.1 功能描述62.2 数据结构分析72.3 数据结构图73 详细设计说明83.1 主函数模块83.2 程序流程图8 3.2.1 生产者9 3.2.2 消费者104 调试分析114.1 遇到的问题114.2 测试结果135 用户使用说明13题目二 内存管理系统1需求分析说明 171.1 问题描述171.2 原理分析182概要设计说明182.1 函数定义说明193详细设计说明213.1 代码实现264调试分析264.1 运行结果274.2 运行结果分析285用户使用说明30题目三 快速文件系统1需求分析
3、说明 371.1 设计目的371.2 问题描述381.3 原理说明382概要设计说明392.1 函数定义说明403详细设计说明413.1 代码实现434调试分析434.1 运行结果434.2 运行结果分析445用户使用说明455.1 用户操作指南46课程设计总结48题目一 生产者-消费者问题1需求分析说明生产者-消费者问题的总体目标：在Windows的开发环境下，利用所学C+语言和数据结构的相关知识，利用程序实现经典的生产者-消费者问题的输出，以帮助我们更好的理解和应用进程同步的原理。1 问题描述有一个生产者在生产产品，这些产品将提供给若干个消费者去消费，为了使生产者和消费者能并发执行，在两者
4、之间设置一个具有多个缓冲区的缓冲池，生产者将它生产的产品放入一个缓冲区中，消费者可以从缓冲区中取走产品进行消费，显然生产者和消费者之间必须保持同步，即不允许消费者到一个空的缓冲区中取走产品，也不允许生产者向一个已经放入产品的缓冲区中再次投放产品。这就是生产者-消费者问题。2原理分析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，
5、直到新的物品被生产出来。2概要设计说明1功能描述1.1生产者功能描述 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。当生产者线程生产物品时，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。1.2消费者功能描述消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。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。2数据结构分析2.1生产者与消费者实现：这其中主要是通过多线程，来实现生产者和消费者之间的协调问题。2.2生产者(producer)消费者(consumer)：通过一些
6、记录性变量，来记录模拟实现生产者的行为，程序采用OO设计模式，缓存区采用队列结构存储。3程序结构图3详细设计说明1 主函数模块1.1创建互斥信号量、已占用的缓存区和未被占用的缓存区并进行初始化。1.2创建生产者线程和消费者线程。1.3当输入回车时，结束程序。2 程序流程图2.1 生产者NYYN开 始生产产品P(empty)empty0P (mutex)Mutex=1addTail()Empty-V (mutex)V (occupy)缓冲区内已满，已无可用缓冲区缓冲区正被其他进程占用结 束2.2消费者NYYN开 始P (full) 消费请求full0Wait (mutex)Mutex=1消 费f
7、ull -V(mutex)V (empty)缓冲区内产品已空，不能进行消费缓冲区正被其他进程占用结 束3、程序主要代码public class HoldIntegerSynchronized private int buffer; /缓冲区 private int occupiedBufferCount = 0; private int readPosition = 0, writePosition = 0; /下一个读到的位置和写到的位置 public HoldIntegerSynchronized(int capacity) buffer = new intcapacity; public
8、 int BufferSize get return buffer.Length; public int Buffer get int bufferCopy; / 加锁 lock (this) while (occupiedBufferCount = 0) /多个消费者，所以此处改用while Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + tries to read. ); DisplayState(Buffer Empty. + Thread.CurrentThread.Name + waits.); Monitor.Wait(this); / 为临界区之外等待的生产者放行，让他来生产 / 一直到生产者生产结束，调用了Monitor.PauseAll() / 才能继续执行下去,此时，消费者自动重新获得this的锁 -occupiedBufferCount; bufferCopy = bufferreadPosition; readPositio
