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1、- 1 - 计算机科学与技术系计算机科学与技术系 课课 程 设 计 报 告 程 设 计 报 告 课 程名 称：课 程名 称：操作系统原理 课程设计名称：课程设计名称：PV 操作解决生产者消费者问题 专业班级：专业班级：12 级网工 2 班 学 生姓 名：学 生姓 名： 学 生学 号：学 生学 号： 指 导教 师：指 导教 师： 2014 年 12 月2014 年 12 月 - 2 - 一、实验目的一、实验目的 1、了解进程 PV 操作的过程 2、了解生产者和消费者的工作过程 3、理解进程同步机构的作用和意义 二、实验内容二、实验内容 模拟 PV 操作同步机构，且用 PV 操作解决生产者消费者问
2、题。 三、实验步骤三、实验步骤 （1）任务分析 本实验要求利用 PV 操作实现解决生产者消费者问题中的同步问题。我 们先假定有一个消费者和一个生产者，它们共同享有一个缓冲区，缓冲区的大小 一定， 生产者可以生产产品放入缓冲区，消费者也可以从缓冲区中取出产品进行 消费，但是存在两种情况是不被允许的：一是缓冲区已满，消费者不在消费，生 产者就会产生等待情况并唤醒消费者进程， 直到消费者开始消费缓冲区不为满时 生产者才可以继续生产；二是缓冲区为空，生产者暂停生产时，消费者出现等待 情况并唤醒生产者进程，直到生产者继续生产，缓冲区不为空时，消费者才可以 继续消费。 本程序实现的功能是可以利用生产者进程
3、进行生产， 同时消费者进程也能进 行消费，但是必须满足同步的条件才可以允许，否则将提示缓冲区满无法进行生 产或者缓冲区空无法进行消费的错误，故程序应该具有判断的功能。若结束当前 的生产者消费者进程， 将会提示此次进程中生产消费者分别生产了和消费的 产品数目，并统计缓冲区中剩余的产品数目，最后才结束。 （2）概要设计 本函数主要用到生产者函数RP-ProceducerThread(void*p)来实现缓冲区产品数 量的增加， 消费者函数用RP-ConsumerThread(void*p)来实现缓冲区产品的减少。 并用到了CreateThread函数来创建生产者消费者线程， 利用线程的句柄以及创建
4、 线程是立刻运行的特点来进行生产消费操作。 通过random随机函数来随机控制生 - 3 - 产者消费者进程。随机数0执行生产者线程，随机数1执行生产者线程。至于PV 算法的实现是利用buffer_empty和buffer_full来进行控制，buffer_empty的值 可以看做资源量，只有空的数值大于0才可以进行生产，buffer_full的数值与 buffer_empty的值有对应的关系，利用buffer_full来控制消费的进行。最后， 在缓冲区操作临界资源PC_Buffer来说利用 EnterCriticalSection(/等待共享资源 LeaveCriticalSection(/
5、释放共享资源来进行缓冲区操作的控 制。 总之当程序读入测试文件中的数据时，便根据读入的字符时C还是P创造相应 的进程，在分配EMPTY或者FULL资源，然后等待共享资源PC_Buffer,得到后便进 行操作。最后读入所有的数据，完成所有进程的操作。 (3) 详细设计 1、做出如下定义 public class Test2 extends JFrame / 面板 1 - 4 - private JPanel panel1 = new JPanel(); / 面板 2 private JPanel panel2 = new JPanel(); private JPanel panel3 = new
6、 JPanel(); / 线程 1 private static Thread threadWQ1; / 线程 2 private static Thread threadRQ1; / 文本域，可编辑多行文字的 public static JTextArea textarea;/ 可以编辑多行 / 文本框，只能编辑一行 public static JTextField textbox;/ 只可以编辑一行 / 滚动条 public static JScrollPane scrollpane;/ 滚动条 / 进度条 public JProgressBar progressbar = new JPr
7、ogressBar();/ 进度条 / 队列 Queue Q = new Queue(); / 实例化生产者 Producer wQ1 = new Producer(Q); / 实例化消费者 Consumer rQ1 = new Consumer(Q); / 接口 public interface putmsg public void output(String msg, JTextArea textaera, JProgressBar jbr); public void buffer(JTextField number); public Test2() / 设置窗口大小 setSize(60
8、0, 600); / 设置窗口的位置，距离左上角（100，100） setLocation(100, 100); / 设置默认关闭，右上角的的叉关闭 setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); / 调用函数 layoutPanel2() textbox = new JTextField(“10“, 2); layoutPanel2(); / 设置布局方式为边界布局，就是上下左右中也可以说东南西北中 setLayout(new BorderLayout(); - 5 - / 将面板 1 放在下（南） add(panel1, BorderLayo
9、ut.SOUTH); / 将面板 2 放在下（北） add(panel2, BorderLayout.WEST); 2. CreateThread 函数创建一个在调用进程的地址空间中执行的线程。此函数为 API 函数，用于创建生产者消费者进程。 3.生产者消费者函数 public synchronized void produce(Message message) / 实现生产的函数 / 唤醒消费者的 this.notifyAll(); / 判断队列中是否生产满了 while (queue.size() = 10) output(Thread.currentThread().getName()
10、 + “ 生产队列满！等 待中“+“n“, textarea, progressbar); try / 满了就等待，生产者进程等待 this.consume(); this.wait(); catch (InterruptedException e) e.printStackTrace(); / 将生产的放入队列 queue.add(message); output(Thread.currentThread().getName() + “正在生产“ + message.getContent() + “ ,当前个数:“ + getCount()+“n“, textarea, progressba
11、r); public synchronized void consume() / 实现消费的函数 / 唤醒生产者 this.notifyAll(); / 判断队列是否为空 while (queue.size() = 0) - 6 - output(Thread.currentThread().getName() + “ 消费队列空！等 待中“+“n“, textarea, progressbar); try output(“等待生产“, textarea, progressbar); / 消费者等待 wait(); output(“结束等待!“, textarea, progressbar);
12、 catch (InterruptedException e) e.printStackTrace(); 4其它API函数 1)Sleep函数对于指定的时间间隔挂起当前的执行线程。 格式：VOID Sleep（DWORD dwMilliseconds ）; 2）随机数操作决定生产消费 int num = new Random().nextInt(2); if(num = 0) threadWQ1 = new Thread(wQ1, “thread-wQ1“);/ 实例化另一个线程 threadRQ1 = new Thread(rQ1, “thread-rQ1“); Q.maxMessageNu
13、m = 100;/ 设置队列长队 threadWQ1.start(); textarea.append(“n 生产者线程已开始运行“ + “n“); threadRQ1.start(); else threadWQ1 = new Thread(wQ1, “thread-wQ1“);/ 实例化另一个线程 threadRQ1 = new Thread(rQ1, “thread-rQ1“); threadRQ1.start(); textarea.append(“n 消费者线程已开始运行“ + “n“); threadWQ1.start(); （4）调试分析 该程序总体上来看比较简单，在调试过程中只
14、要注意一些小问题，则不会出 现问题了，除了少许语法错误外，控制好程序的走向，则逻辑错误亦可避免；程 序的总体思路很清晰，最主要的就是要实现两个条件判断，即缓冲区满的时候不 允许生产者进行生产，若缓冲区空的话，则不进行消费者进行消费；在生产操作 - 7 - 和消费操作之间进行相应的判断，正好符合 PV 信号量，先做 P 操作，若满足， 则执行此进程，若不满足，则阻塞此进程，并做相应的 V 操作，即唤醒其对应的 进程，从而很好的解决了生产者消费者问题； 生产者-消费者问题的缓冲区操作限制： 1）生产者-消费者互斥使用缓冲区； 2）生产者-消费者同步之一：生产者线程先把产品加入到缓冲区，消费者线程才
15、 能从缓冲区取出产品。 3）生产者-消费者同步之二：消费者线程从缓冲区取出产品后，生产者线程才能 把产品再加入到缓冲区。 4）缓冲区满时，生产者进程需唤醒消费者进程，缓冲区空时，消费者进程需唤 醒生产者进程。 （5）测试结果 产生随机数1消费者进程先开始执行 产生随机数0生产者进程先开始执行 - 8 - 缓冲池满，唤醒消费者 缓冲池空，唤醒生产者 - 9 - - 10 - （6）使用说明 在测试数据文件中输入数据,编译程序，运行程序，可得到数据的输出。 四、实验总结四、实验总结 本实验要求模拟 PV 操作同步机构，来解决生产者消费者问题，生产者 消费者问题简单点说就是：在一个规格一定的缓冲区中
16、，生产者可以生产产 品放入缓冲区中，消费者也可以从缓冲区中取出产品，但是存在两种死锁情况， 第一件是缓冲区为空时，暂停生产开始消费；第二件是缓冲区为满时，暂停消费 开始生产。 故在做相应的生产消费操作时就需要进行判断， 到底能不能做此操作， 这便是同步机制，通过设置一对信号量，来对其操作进行合法性判断和控制，达 到两个过程可以准确无误的执行。 整个程序只需要一个子函数即可完成上述所有的功能，根据测试数据文件 - 11 - （PCdata.txt)中第一列的字符做相应的操坐，若是 P，则是生产操作，生产者 生产一个产品并送入缓冲区；若是 C，则是消费操作，消费者从缓冲区取出一个 产品进行消费；当进程全部运行结束后，则结束次程序。 通过这个实验， 我们学会了很多， 我们学会了团队合作分工， 在实验过程中， 我们各自负责各自的任务，在遇到不懂得问题的时候大
