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1、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-Consumer Problem)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21.设计目的与要求21.1设计目的21.2设计要求22.设计思想及系统平台22.1设计思想22.2系统平台及使用语言33.详细算法描述34.源程序清单65.运行结果与运行情况96.调试过程117.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 (Pro
2、ducer-Consumer Problem) 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120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：
3、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
4、程机制和信号量实现生产者消费者问题(Producer-Consumer Problem)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
5、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_
6、semaphore,初值设为buffer的大小MAX_BUFFER2.2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：Semaphore buffer_mutex=1；Semaphore producer_semaphore=MAX_BUFFER；Semaphore consumer_semaphore=0；int bufferMAX_BUFFER;Producer线程的处理函数：while(1)Wait(producer_semaphore);Wait(buffer_mutex);Bufferpn=pr
7、oduct;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=buffercn;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：rj
8、070126（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#define NUM_THREADS_P 5 /*define the number of producer*/#define NUM_THREADS_C 5 /*define the number of consume
9、r*/#define MAX_BUFFER 20 /*define the number of buffer*/#define RUN_TIME 20 /*define the run time*/int bufferMAX_BUFFER; /*difine the buffer */int produce_pointer=0,consume_pointer=0;sem_t producer_semaphore,consumer_semaphore,buffer_mutex;pthread_t threads_pNUM_THREADS_P; /*producer*/pthread_t thre
10、ads_cNUM_THREADS_C; /*consumer*/FILE* fd; void *producer_thread(void *tid);void *consumer_thread(void *tid);void showbuf();void handler()int i;for(i=0;iNUM_THREADS_P;i+)pthread_cancel(threads_pi);for(i=0;iNUM_THREADS_C;i+)pthread_cancel(threads_ci);int main()int i;signal(SIGALRM,handler);fd=fopen(ou
11、tput.txt,w); /*open a file to save the result*/sem_init(&producer_semaphore,0,MAX_BUFFER); /*set the value of semaphores*/sem_init(&consumer_semaphore,0,0);sem_init(&buffer_mutex,0,1);for(i=0;iMAX_BUFFER;i+)bufferi=0; /*initiate the buffer*/*create the threads*/for(i=0;iNUM_THREADS_P;i+)pthread_crea
12、te(&threads_pi,NULL,(void*)producer_thread,(void*)(i+1);for(i=0;iNUM_THREADS_C;i+)pthread_create(&threads_ci,NULL,(void*)consumer_thread,(void *)(i+1);alarm(RUN_TIME); /*set time to run*/*wait the threads to exit*/for(i=0;iNUM_THREADS_P;i+)pthread_join(threads_pi,NULL);for(i=0;iNUM_THREADS_C;i+)pthr
13、ead_join(threads_ci,NULL);/*destroy the semaphores*/sem_destroy(&producer_semaphore); sem_destroy(&consumer_semaphore);sem_destroy(&buffer_mutex);fclose(fd);return 0;void *producer_thread(void *tid)/*the thread can be canceled by other thread*/pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE,NULL);while(1)sem_wait(&producer_semaphore);srand(int)time(NULL)*(int)tid);sleep(rand()%2+1); /*one or two seconds to produce*/while(produc
