设计原理.txt

这是操作系统的程序设计

操作系统课程设计-实现生产者消费者问题 一、实验题目

解决生产者－消费者问题

二、设计内容

有界缓冲区内设有１０个存储单元，放入／取出的数据项设定为１～１０这１０个整形数。要求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／消费者标识符

三、开发环境

LINUX环境，工具为VI编辑器。

四、分析设计

（一）实验原理

使用的生产者和消费者模型具有如下特点：

(1)本实验的多个缓冲区不是环形循环的，也不要求按顺序访问。生产者可以把产品放到目前某一个空缓冲区中。

(2)消费者只消费指定生产者的产品。

(3)在测试用例文件中指定了所有的生产和消费的需求，只有当共享缓冲区的数据满足了所有关于它的消费需求后，此共享缓冲区才可以作为空闲空间允许新的生产者使用。

(4)本实验在为生产者分配缓冲区时各生产者间必须互斥，此后各个生产者的具体生产活动可以并发。而消费者之间只有在对同一产品进行消费时才需要互斥，同时它们在消费过程结束时需要判断该消费对象是否已经消费完毕并清除该产品。

Windows 用来实现同步和互斥的实体。在Windows 中，常见的同步对象有：信号量(Semaphore)、

互斥量(Mutex)、临界段(CriticalSection)和事件(Event)等。本程序中用到了前三个。使用这些对象都分

为三个步骤，一是创建或者初始化：接着请求该同步对象，随即进入临界区，这一步对应于互斥量的

上锁；最后释放该同步对象，这对应于互斥量的解锁。这些同步对象在一个线程中创建，在其他线程

中都可以使用，从而实现同步互斥。当然，在进程间使用这些同步对象实现同步的方法是类似的。

1．用锁操作原语实现互斥

为解决进程互斥进人临界区的问题，可为每类临界区设置一把锁，该锁有打开和关闭两种状态，进程执行临界区程序的操作按下列步骤进行：

①关锁。先检查锁的状态，如为关闭状态，则等待其打开；如已打开了，则将其关闭，继续执行步骤②的操作。

②执行临界区程序。

③开锁。将锁打开，退出临界区。

2．信号量及WAIT，SIGNAL操作原语

信号量的初值可以由系统根据资源情况和使用需要来确定。在初始条件下信号量的指针项可以置为0，表示队列为空。信号量在使用过程中它的值是可变的，但只能由WAIT，SIGNAL操作来改变。设信号量为S，对S的WAIT操作记为WAIT（S），对它的SIGNAL操作记为SIGNAL（S）。

WAIT（S）：顺序执行以下两个动作：

①信号量的值减1，即S=S－1；

②如果S≥0，则该进程继续执行；

如果 S（0，则把该进程的状态置为阻塞态，把相应的WAITCB连人该信号量队列的末尾，并放弃处理机，进行等待（直至其它进程在S上执行SIGNAL操作，把它释放出来为止）。

SIGNAL（S）：顺序执行以下两个动作

①S值加 1，即 S=S＋1；

②如果S）0，则该进程继续运行；

如果S（0则释放信号量队列上的第一个PCB（既信号量指针项所指向的PCB）所对应的进程（把阻塞态改为就绪态），执行SIGNAL操作的进程继续运行。

在具体实现时注意，WAIT，SIGNAL操作都应作为一个整体实施，不允许分割或相互穿插执行。也就是说，WAIT，SIGNAL操作各自都好像对应一条指令，需要不间断地做下去，否则会造成混乱。

从物理概念上讲，信号量S）时，S值表示可用资源的数量。执行一次WAIT操作意味着请求分配一个单位资源，因此S值减1；当S<0时，表示已无可用资源，请求者必须等待别的进程释放了该类资源，它才能运行下去。所以它要排队。而执行一次SIGNAL操作意味着释放一个单位资源，因此S值加1；若S（0时，表示有某些进程正在等待该资源，因而要把队列头上的进程唤醒，释放资源的进程总是可以运行下去的。