大工19秋《操作系统》大作业题目及要求答案

学习中心：深圳市龙华区龙华街道成人文化技术学校奥鹏学习中心[43]
专业：计算机科学与技术
年级： 2019年春季
学号： 191585307814
学生：刘智明
题目：操作系统
1.谈谈你对本课程学习过程中的心得体会与建议？
操作系统是网络工程专业的主要专业基础课和主干课。

操作系统对计算机系统资源实施管理，是所有其他软件与计算机硬件的唯一接口，所有用户在使用计算机时都要得到操作系统提供的服务。

通过模拟操作系统的全部或者部分功能的实现，加深对操作系统工作原理和操作系统实现方法的理解，达到练习编程的目的，提高学生运用理论知识分析问题、解决问题的能力，为学生从事科学研究和独立负担计算机及其应用方面的工作打好扎实的基础。

2.《操作系统》课程设计,从以下5个题目中任选其一作答。

题目三：进程同步与互斥生产者-消费者问题
要求：（1）撰写一份word文档，里面包括（设计思路、流程（原理）图、基本内容、源代码）章节。

（2）设计思路：简单介绍生产者进程的功能以及消费者进
程的功能。

（3）流程（原理）图：绘制流程图或原理图。

（4）基本内容：详细介绍生产者进程与消费者进程之间的
同步与互斥关系。

（5）源代码：列出源代码，也可以仅列出伪代码。

答案：
一、设计思路：
生产者消费者问题是一个著名的进程同步问题。

描述的是有一群生产者进程在生产消息，并将此消息提供给消费者进程去消费。

为使生产者进程和消费者进程能并发执行，在它们之间设置了一个具有n 个缓冲区的缓冲池，生产者进程可将它所生产的消息放入一个缓冲区中，消费者进程可从一个缓冲区中取得一个消息消费。

尽管所有的生产者进程和消费者进程都是以异步方式运行的，但它们之间必须保持同步，即不允许消费者进程到一个空缓冲区去取消息，也不允许生产者进程向一个已装有消息且尚未被取走消息的缓冲区中投放消息。

二、流程图：
生产者：
消费者：
三、基本内容：
同步是一种时序关系。

如规定了进程１处理完事情Ａ后，进程２才能处理事情Ｂ，经典的同步问题是生产者和消费者间的同步．
互斥描述的是一种独占关系．如任一时刻，进城１和进程２中只能有一个写文件Ｃ．
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。

在同一时刻只能有一个生产者或一个消费者使用缓冲区，有互斥信号量可以控制各个生产者和消费者之间互斥，使得生产和消费的工作能够有序的进行，而不至于发生死锁。

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。

四、源代码
（1）创建生产者和消费者线程
for(i =0;i< (int) n_Thread;i++){
if(Thread_Info[i].entity =='P')
h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Produce),
&(Thread_Info[i]),0,NULL);
else
h_Thread[i]=CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)(Consume),
&(Thread_Info[i]),0,NULL);
}
（2）生产者进程
void Produce(void *p)
{
//局部变量声明；
DWORD wait_for_semaphore,wait_for_mutex,m_delay;
int m_serial;
//获得本线程的信息；
m_serial = ((ThreadInfo*)(p))->serial;
m_delay = (DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->delay *INTE_PER_SEC);
Sleep(m_delay);
//开始请求生产
printf("生产者%d发出生产请求...\n",m_serial);
//确认有空缓冲区可供生产，同时将空位置数empty减1；用于生产者和消费者的同步；
wait_for_semaphore = WaitForSingleObject(empty_semaphore,-1);
//互斥访问下一个可用于生产的空临界区，实现写写互斥；
wait_for_mutex = WaitForSingleObject(h_mutex,-1);
int ProducePos = FindProducePosition();
ReleaseMutex(h_mutex);
//生产者在获得自己的空位置并做上标记后，以下的写操作在生产者之间可以并发；
//核心生产步骤中，程序将生产者的ID作为产品编号放入，方便消费者识别;
printf("生产者%d开始生产，并且把其产品放在位置%2d.\n",m_serial,
ProducePos);
Buffer_Critical[ProducePos] = m_serial;
printf("生产者%2d生产完毕.\n ",m_serial);
printf("位置[%2d]:%3d \n" ,ProducePos,Buffer_Critical[ProducePos]);
//使生产者写的缓冲区可以被多个消费者使用，实现读写同步；
ReleaseSemaphore(h_Semaphore[m_serial],n_Thread,NULL);
}
（3）消费者进程
void Consume(void * p)
{
//局部变量声明；
DWORD wait_for_semaphore,m_delay;
int m_serial,m_requestNum; //消费者的序列号和请求的数目；
int m_thread_request[MAX_THREAD_NUM];//本消费线程的请求队列；
//提取本线程的信息到本地；
m_serial = ((ThreadInfo*)(p))->serial;
m_delay = (DWORD)(((ThreadInfo*)(p))->delay *INTE_PER_SEC);
m_requestNum = ((ThreadInfo *)(p))->n_request;
for (int i = 0;i<m_requestNum;i++)
m_thread_request[i] = ((ThreadInfo*)(p))->thread_request[i];
Sleep(m_delay);
//循环进行所需产品的消费
for(i =0;i<m_requestNum;i++){
//请求消费下一个产品
printf("消费者%2d要求消费%2d产品.\n",m_serial,m_thread_request[i]);
//如果对应生产者没有生产，则等待；如果生产了,允许的消费者数目-1；实现了读写同步；
wait_for_semaphore=WaitForSingleObject(h_Semaphore[m_thread_request[i]],-1); //查询所需产品放到缓冲区的号
int BufferPos=FindBufferPosition(m_thread_request[i]);
//开始进行具体缓冲区的消费处理，读和读在该缓冲区上仍然是互斥的；
//进入临界区后执行消费动作；并在完成此次请求后，通知另外的消费者本处请//求已经满
足；同时如果对应的产品使用完毕，就做相应处理；并给出相应动作//的界面提示；该相应处理指将相应缓冲区清空，并增加代表空缓冲区的信号量；
EnterCriticalSection(&PC_Critical[BufferPos]);
printf("消费者%2d开始消费%2d产品...\n",m_serial,m_thread_request[i]); ((ThreadInfo*)(p))->thread_request[i] =-1;
if(!IfInOtherRequest(m_thread_request[i])){
Buffer_Critical[BufferPos] = -1;//标记缓冲区为空；
printf("消费者%2d消费完毕%2d.\n ",m_serial,m_thread_request[i]);
printf("位置[%2d]:%3d \n" ,BufferPos,Buffer_Critical[BufferPos]);
ReleaseSemaphore(empty_semaphore,1,NULL);
}
else{
printf("消费者%2d消费完毕%2d.\n ",m_serial,m_thread_request[i]);
}
//离开临界区
LeaveCriticalSection(&PC_Critical[BufferPos]);
}
}。