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题 目： 进程同步与互斥 生产者与消费者问题
1.谈谈你对本课程学习过程中的心得体会与建议？
转眼间，学习了一个学期的计算机操作系统课程即将结束。在这个学期中，通过老师的悉心教导，让我深切地体会到了计算机操作系统的一些原理和具体操作过程。在学习操作系统之前，我只是很肤浅地认为操作系统只是单纯地讲一些关于计算机方面的操作应用，并不了解其中的具体操作过程和实用性。通过这一学期的学习，我才知道操作系统(Operating System，简称OS)是管理计算机系统的全部硬件资源包括软件资源及数据资源；控制程序运行；改善人机界面；为其它应用软件提供支持等，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面。
题目四：进程同步与互斥 生产者与消费者问题
设计思路：
生产者—消费者问题是一种同步问题的抽象描述。
计算机系统中的每个进程都可以消费或生产某类资源。当系统中某一进程使用某一资源时，可以看作是消耗，且该进程称为消费者。
而当某个进程释放资源时，则它就相当一个生产者。
流程（原理）图：
1、生产者
2、消费者
基本内容：
通过一个有界缓冲区(用数组来实现，类似循环队列)把生产者和消费者联系起来。假定生产者和消费者的优先级是相同的，只要缓冲区未满，生产者就可以生产产品并将产品送入缓冲区。类似地，只要缓冲区未空，消费者就可以从缓冲区中去走产品并消费它。应该禁止生产者向满的缓冲区送入产品，同时也应该禁止消费者从空的缓冲区中取出产品，这一机制有生产者线程和消费者线程之间的互斥关系来实现。为解决生产者/消费者问题，应该设置两个资源信号量，其中一个表示空缓冲区的数目，用g_hFullSemaphore表示，其初始值为有界缓冲区的大小SIZE_OF_BUFFER；另一个表示缓冲区中产品的数目，用g_hEmptySemaphore表示，其初始值为0。另外，由于有界缓冲区是一个临界资源，必须互斥使用，所以还需要再设置一个互斥信号量g_hMutex，起初值为1。
在生产者/消费者问题中，信号量实现两种功能。首先，它是生产产品和消费产品的计数器，计数器的初始值是可利用的资源数目(有界缓冲区的长度)。其次，它是确保产品的生产者和消费者之间动作同步的同步器。
生产者要生产一个产品时，首先对资源信号量g_hFullSemaphore和互斥信号量g_hMutex进行P操作，申请资源。如果可以通过的话，就生产一个产品，并把产品送入缓冲区。然后对互斥信号量g_hMutex和资源信号量g_hEmptySemaphore进行V操作，释放资源。
消费者要消费一个产品时，首先对资源信号量g_hEmptySemaphore和互斥信号量g_hMutex进行P操作，申请资源。如果可以通过的话，就从缓冲区取出一个产品并消费掉。然后对互斥信号量g_hMutex和资源信号量g_hFullSemaphore进行V操作，释放资源。
如果缓冲区中已经没有可用资源，就把申请资源的进程添加到等待队列的队尾。如果有一个资源被释放，在等待队列中的第一个进程被唤醒并取得这个资源的使用权。
源代码：
//本程序于2005.12.25在VC++6.0下运行通过
//系统环境：Windows XP
#include <windows.h>
#include <iostream>
const unsigned short SIZE_OF_BUFFER = 20;//有界缓冲区长度
int g_buffer[SIZE_OF_BUFFER];//开辟缓冲区，用数组表示，可以看成是一个循环队列
unsigned short ProductID = 0;//新生产出来的产品的产品号
unsigned short ConsumeID = 0;//被消耗的产品的产品号
unsigned short in = 0;//产品进缓冲区时的缓冲区下标，用于记录生产者的指针位置
unsigned short out = 0;//产品出缓冲区时的缓冲区下标，用于记录消费者的指针位置
bool g_continue = 1;//控制程序运行：1表示继续运行，0表示停止运行
HANDLE g_hMutex;//线程间的互斥信号量
HANDLE g_hFullSemaphore;//资源信号量：缓冲区满
HANDLE g_hEmptySemaphore;//资源信号量：缓冲区空
DWORD WINAPI Producer(LPVOID);//生产者线程
DWORD WINAPI Consumer(LPVOID);//消费者线程
const unsigned short PRODUCERS_COUNT=4;//生产者的个数
const unsigned short CONSUMERS_COUNT=3;//消费者的个数
const unsigned short THREADS_COUNT=PRODUCERS_COUNT+CONSUMERS_COUNT;//总线程数
HANDLE hThreads[PRODUCERS_COUNT];//各线程的handle
DWORD producerID[CONSUMERS_COUNT];//生产者线程的标识符
DWORD consumerID[THREADS_COUNT];//消费者线程的标识符
/*---------------生产一个产品开始-----------------*/
//生产一个产品，输出其ID号
void Produce()
{
std::cout<<std::endl;
std::cerr<<"生产一个产品: "<<++ProductID;
std::cout<<std::endl;
}
/*----------生产一个产品结束----------------*/
/*---------把新生产的产品放入缓冲区开始------------*/
//把新生产的产品放入缓冲区
void Append()
{
std::cerr<<"把生产的产品送入缓冲区";
g_buffer[in]=ProductID;
in=(in+1)%SIZE_OF_BUFFER;
std::cerr<<std::endl;
std::cout<<"缓冲区 产品 生产者/消费者"<<std::endl;
//新产品放入缓冲区后，输出缓冲区当前的状态
for(int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i)
{
//输出缓冲区下标
if (i<10)
std::cout<<i<<" "<<g_buffer[i];
else
std::cout<<i<<" "<<g_buffer[i];
if(i==in)
{
if(g_buffer[i]<10)
std::cout<<" ";
else
std::cout<<" ";
std::cout<<" <-- 生产者";//输出生产者的指针位置
}
if(i==out)
{
if(g_buffer[i]<10)
std::cout<<" ";
else
std::cout<<" ";
std::cout<<" <-- 消费者";//输出消费者的指针位置
}
std::cout<<std::endl;
}
}
/*------------把新生产的产品放入缓冲区结束--------------*/
/*--------------消费一个产品开始------------------*/
void Consume()//消费一个产品
{
std::cout<<std::endl;
std::cerr<<"消费一个产品: "<<ConsumeID;
std::cout<<std::endl;
}
/*-----------消费一个产品结束------------------*/
/*-----------从缓冲区中取出一个产品开始-------------*/
//从缓冲区中取出一个产品
void Take()
{
std::cout<<std::endl;
std::cerr<<"从缓冲区取出一个产品";
ConsumeID=g_buffer[out];
out=(out+1)%SIZE_OF_BUFFER;
std::cerr<<std::endl;
std::cout<<std::endl;
std::cout<<"缓冲区 产品 生产者/消费者"<<std::endl;
//取出一个产品后，输出缓冲区当前的状态
for(int i=0;i<SIZE_OF_BUFFER;++i)
{
//输出缓冲区下标
if(i<10)
std::cout<<i<<" "<<g_buffer[i];
else
std::cout<<i<<" "<<g_buffer[i];
if(i==in)
{
if(g_buffer[i]<10)
std::cout<<" ";
else
std::cout<<" ";
std::cout<<" <-- 生产者";//输出生产者的指针位置
}
if(i==out)
{
if(g_buffer[i]<10)
std::cout<<" ";
else
std::cout<<" ";
std::cout<<" <-- 消费者";//输出消费者的指针位置
}
std::cout<<std::endl;
}
}
/*--------------从缓冲区中取出一个产品结束------------*/
/*------------生产者线程开始----------------*/
//生产者线程
DWORD WINAPI Producer(LPVOID lpPara)
{
while(g_continue)
{
//资源信号量的P操作
WaitForSingleObject(g_hFullSemaphore,INFINITE);
//互斥信号量的P操作
WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);
//生产一个产品
Produce();
//把新生产的产品放入缓冲区
Append();
Sleep(2000);
//互斥信号量的V操作
ReleaseMutex(g_hMutex);
//资源信号量的V操作
ReleaseSemaphore(g_hEmptySemaphore,1,NULL);
}
return 0;
}
/*---------生产者线程结束-----------------*/
/*-----------消费者线程开始--------------*/
//消费者线程
DWORD WINAPI Consumer(LPVOID lpPara)
{
while(g_continue)
{
//资源信号量的P操作
WaitForSingleObject(g_hEmptySemaphore,INFINITE);
//互斥信号量的P操作
WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);
//从缓冲区中取出一个产品
Take();
//消费一个产品
Consume();
Sleep(2000);
//互斥信号量的V操作
ReleaseMutex(g_hMutex);
//资源信号量的V操作
ReleaseSemaphore(g_hFullSemaphore,1,NULL);
}
return 0;
}
/*-------消费者线程结束----------------*/
/*--------创建生产者线程开始--------------*/
void createPT()//创建生产者线程
{
for(int i=0;i<PRODUCERS_COUNT;++i)
{
hThreads[i]=CreateThread(NULL,0,Producer,NULL,0,&producerID[i]);
if(hThreads[i]==NULL)
g_continue=0;
}
}
/*---------创建生产者线程结束-------------------*/
/*--------创建消费者线程开始-------------------*/
void createCT()//创建消费者线程
{
for (int j=0;j<CONSUMERS_COUNT;++j)
{
hThreads[PRODUCERS_COUNT+j]=CreateThread(NULL,0,Consumer,NULL,0,&consumerID[j]);
if (hThreads[j]==NULL)
g_continue=0;
}
}
/*--------------创建消费者线程结束----------*/
/*---------主函数开始-----------*/
void main()
{
//显示程序提示信息
info();
//创建互斥信号量
g_hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);
//创建资源信号量
g_hFullSemaphore=CreateSemaphore(NULL,SIZE_OF_BUFFER-1,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);
g_hEmptySemaphore=CreateSemaphore(NULL,0,SIZE_OF_BUFFER-1,NULL);
//创建生产者线程
createPT();
//创建消费者线程
createCT();
//不按回车键的话程序会一直运行下去
while(g_continue)
//按回车键终止程序
if(getchar())
g_continue = 0;
}
/*--------------主函数结束-----------*/
