(整理)2651-用多线程同步方法解决生产者-消费者问题操作系统课设
操作系统课程设计——生产者消费者问题
计算机与信息学院《操作系统与编译原理联合课程设计报告》专题：操作系统部分学生姓名：学号：专业班级：指导教师：2014 年 7 月一、设计目标多进程/线程编程：生产者-消费者问题。
设置两类进程/线程，一类为生产者，一类为消费者；建立缓冲区的数据结构；随机启动生产者或消费者；显示缓冲区状况；随着进程/线程每次操作缓冲区，更新显示。
二、设计思路1.开发平台：Visual C++6.02.设计思路：若干个生产者和若干个消费者共享一个有界缓冲区，生产者生产产品，消费者消费产品。
消费者进程与生产者进程随机切换。
生产者将产品生产出来后，存放到缓冲区中的空闲位置并将此缓冲区的标识置为满，若此时无空缓冲区，则进行等待。
消费者将标识为满的缓冲区中的产品取出，进行消费并将该缓冲区的标志位置为空，若此时无满的缓冲区，则进行等待。
由于消费者与生产者共享缓冲区资源，且缓冲区资源属于互斥资源，所以生产者和消费者需要按照一定的规则访问缓冲区，访问规则如下：（1）当一个消费者访问缓冲区时其他消费者不允许访问缓冲区，同样的，当一个生产者访问缓冲区时其他生产者也不能访问缓冲区。
（2）当消费者访问缓冲区资源时生产者不能访问，反之，当生产者访问缓冲区资源时消费者不能访问。
（3）当缓冲区中无产品时，消费者不能访问；当缓冲区已满时，生产者不能访问缓冲区。
生产者与消费者问题伪代码如下：VAR mutex, empty, full: semaphore := 1, n, 0 ;in,out: integer := 0, 0 ;Buffer: array [0..n-1] of item ;ParbeginProducer:beginrepeatproduce an item in nextp;wait(empty);wait(mutex);Buffer(in) := nextp;in := (in + 1) mod n;signal(mutex);signal(full);until falseendConsumer:beginrepeatwait(full);wait(mutex);nextc = Buffer(out);out := (out + 1) mod n;signal(mutex);signal(empty);consume the item nextc;until falseendParend程序框架如下图所示：本程序在具体实现方面与MFC结合，将生产者-消费者问题的具体过程动态展示了出来。
用多线程同步方法解决生产者-消费者问题
目录1.需求分析 (2)1.1 课程设计题目 (2)1.2 课程设计任务 (2)1.3 课程设计原理 (2)1.4 课程设计要求 (2)1.5 实验环境 (2)2. 概要设计 (3)2.1 课程设计方案概述 (3)2.2 课程设计流程图 (3)3.详细设计 (4)3.1 主程序模块 (4)3.2 生产者程序模块 (5)3.3 消费者程序模块 (6)4.调试中遇到的问题及解决方案 (6)5.运行结果 (7)6.实验小结 (7)参考文献 (8)附录：源程序清单 (8)1.需求分析1.1 课程设计题目用多线程同步方法解决生产者－消费者问题1.2 课程设计任务（1）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／消费者线程的标识符。
（2）生产者和消费者各有两个以上。
（3）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。
1.3 课程设计原理生产者和消费者问题是从操作系统中的许多实际同步问题中抽象出来的具有代表性的问题，它反映了操作系统中典型的同步例子，生产者进程(进程由多个线程组成)生产信息，消费者进程使用信息，由于生产者和消费者彼此独立，且运行速度不确定，所以很可能出现生产者已产生了信息而消费者却没有来得及接受信息这种情况。
为此，需要引入由一个或者若干个存储单元组成的临时存储区（即缓冲区），以便存放生产者所产生的信息，解决平滑进程间由于速度不确定所带来的问题。
1.4 课程设计要求(1)有界缓冲区内设有20个存储单元，放入／取出的数据项设定为1~20这20个整型数。
(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全部内容、当前指针位置和生产者／消费者线程的标识符。
(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。
1.5 实验环境系统平台：LINUX开发语言：C开发工具：PC机一台2. 概要设计2.1 课程设计方案概述本设计中设置一个长度为20的一维数组buff[20]作为有界缓冲区，缓冲区为0时，代表该缓冲区内没有产品，buff[i]=i+1表示有产品，产品为i+1。
操作系统课程设计生产者消费者
生产者消费者问题 （Producer-consumer problem） ， 也称有限缓冲问题 （Bounded-buffer problem），是一个多线程同步问题的经典案例。 该问题描述了两个共享固定大小缓冲区的线程——即所谓的“生产者”和“消费者”— —在实际运行时会发生的问题。 生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中， 然后 重复此过程。与此同时，消费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者 不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。 要解决该问题，就必须让生产者在缓冲区满时休眠（或者放弃数据），等到下次消费者 消耗缓冲区中的数据的时候，生产者才能被唤醒，开始往缓冲区添加数据。同样，也可以让 消费者在缓冲区空时进入休眠，等到生产者往缓冲区添加数据之后，再唤醒消费者。通常采 用进程间通信的方法解决该问题，常用的方法有信号灯法等。如果解决方法不够完善，则容 易出现死锁的情况。出现死锁时，两个线程都会陷入休眠，等待对方唤醒自己。该问题也能 被推广到多个生产者和消费者的情形。
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pthread_mutex_lock(&lock); while (q->num == 0) { pthread_cond_wait(&empty, &lock); } sem_wait(&product_number); q->front = (q->front + 1) % NUM; char c = q->productc[q->front]; q->productc[q->front] = ' '; q->num--; printf("消费者 1 显示内容： %c\n", c); printf("产品数量：%d\n", q->num); sem_post(&blank_number); if (q->num == NUM - 1) { pthread_cond_signal(&full); } pthread_mutex_unlock(&lock); sleep(rand() % 2); } } void *consumer2(void *arg) { struct P_Queue *q; q = (struct P_Queue *) arg; while (1) { pthread_mutex_lock(&lock); while (q->num == 0) { pthread_cond_wait(&empty, &lock); } sem_wait(&product_number); q->front = (q->front + 1) % NUM; char c = q->productc[q->front]; char d = 0; if(c>=65 && c<=90) { d = c+32;} else { d = c-32;} q->productc[q->front] = ' '; q->num--; printf("消费者 2 更改大小写：%c---%c\n", c,d); printf("产品数量：%d\n", q->num); sem_post(&blank_number); if (q->num == NUM - 1) { pthread_cond_signal(&full); }
多进程同步方法演示“生产者-消费者”问题
青岛理工大学操作系统课程设计报告院（系）：计算机工程学院专业：计算机科学与技术专业学生姓名:＿＿班级：＿＿＿＿＿＿＿学号:题目：用多进程同步方法演示“生产者-消费者”问题起迄日期:设计地点:指导教师:年度第学期完成日期: 年月日一、课程设计目的本次进行操作系统课程设计的主要任务是设计一个模拟生产者消费者工作的系统。
这个问题中有一种生产者和一种消费者，生产者和消费者对同一个缓冲区进行操作，互斥的访问缓冲区。
本次课程设计的目的就是加深对多进程如何正确访问资源的认识，同时掌握信号量在互斥访问时应该如何正确有效地使用。
掌握生产者消费者问题的解决流程和方法，提高编程能力、解决问题的能力和查阅文档的能力。
二、课程设计内容与要求1、设计目的：通过研究Linux的进程同步机制和信号量，实现生产者消费者问题的并发控制。
2、说明：有界缓冲区内设有20个存储单元，放入取出的产品设定为20个100以内的随机整数。
3、设计要求：1)生产者与消费者均有二个以上2)生产者和消费者进程的数目在程序界面上可调，在运行时可随时单个增加与减少生产者与消费者3)生产者的生产速度与消费者的消费速度均可在程序界面调节，在运行中，该值调整后立即生效4)生产者生产的产品由随机函数决定5)多个生产者或多个消费者之间必须有共享对缓冲区进行操作的函数代码6)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、当前生产者与消费者的指针位置，以及生产者和消费者线程标识符7)采用可视化界面，可在运行过程中随时暂停，查看当前生产者、消费者以及有界缓冲区的状态三、系统分析与设计1、系统分析系统分析1.此次课程设计的任务是生产者消费者问题的模拟演示，需要处理的数据有：生产者进程数目，消费者进程数目，生产者生产速度，消费者消费速度，缓冲区中产品的个数，以及生产、消费产品的指针。
2.程序中需要缓冲区中的信息可以动态演示，生产者、消费者的个数以及生产、消费时的速度可以随时调节，同时为了使程序更加友好，应该具有开始、暂停、停止等相关可操作按钮。
操作系统课程设计--用多线程同步...
操作系统课程设计--用多线程同步...第一篇：操作系统课程设计--用多线程同步方法解决睡眠理发师问题(Sleeping-Barber_Problem)题目: 用多线程同步方法解决睡眠理发师问题（Sleeping-Barber Problem)初始条件：1．操作系统：Linux 2．程序设计语言：C语言3.设有一个理发师，5把椅子（另外还有一把理发椅），几把椅子可用连续存储单元。
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）为每个理发师／顾客产生一个线程，设计正确的同步算法2）每个顾客进入理发室后，即时显示“Entered” 及其线程自定义标识，还同时显示理发室共有几名顾客及其所坐的位置。
3）至少有10个顾客，每人理发至少3秒钟。
4）多个顾客须共享操作函数代码。
2．设计说明书内容要求：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)连续存储区可用数组实现。
(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。
）1设计题目与要求1.1 设计题目用多线程同步方法解决睡眠理发师问题（Sleeping-Barber Problem)1.2 设计要求 1.2.1 初始条件（1）操作系统：Linux（2）程序设计语言：C语言（3）设有一个理发师，5把椅子（另外还有一把理发椅），几把椅子可用连续存储单元。
1.2.2 技术要求（1）为每个理发师／顾客产生一个线程，设计正确的同步算法（2）每个顾客进入理发室后，即时显示“Entered” 及其线程自定义标识，还同时显示理发室共有几名顾客及其所坐的位置。
（3）至少有10个顾客，每人理发至少3秒钟。
用多线程同步方法解决生产者-消费者问题操作系统课设
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 (2)1.设计目的与要求 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计要求 (2)2.设计思想及系统平台 (2)2.1设计思想 (2)2.2系统平台及使用语言 (2)3.详细算法描述 (3)4.源程序清单 (5)5.运行结果与运行情况 (10)6.调试过程 (13)7.总结 (13)本科生课程设计成绩评定表 ..................................................... 错误！未定义书签。
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(Producer-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1－20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：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。
生产者与消费者的问题-----操作系统课程设计
闽江学院计算机系网络操作系统课程设计设计内容：进程机制与并发程序设计——linux下生产者与消费者的问题实现目录：一、设计内容 (3)二、设计思想 (4)三、系统结构 (5)四、PV操作代码 (5)五、C++程序代码 (6)六、运行结果截图 (9)七、参考文献 (11)八、实验总结 (11)一、设计内容进程机制与并发程序设计————linux下生产者与消费者的问题实现1．实验目的（1）掌握基本的同步互斥算法，理解生产者和消费者同步的问题模型。
（2）了解linux中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。
2、实验环境：C/C++语言编译器3、实验要求（1）创建生产者和消费者线程在linux环境下，创建一个控制台进程，在此进程中创建n个线程来模拟生产者或者消费者。
这些线程的信息由本程序定义的“测试用例文件”中予以指定。
该文件的格式和含义如下：31 P 32 P 43 C4 14 P 25 C 3 1 2 4第一行说明程序中设置几个临界区，其余每行分别描述了一个生产者或者消费者线程的信息。
每一行的各字段间用Tab键隔开。
不管是消费者还是生产者，都有一个对应的线程号，即每一行开始字段那个整数。
第二个字段用字母P或者C区分是生产者还是消费者。
第三个字段表示在进入相应线程后，在进行生产和消费动作前的休眠时间，以秒计时；这样做的目的是可以通过调整这一列参数，控制开始进行生产和消费动作的时间。
如果是代表生产者，则该行只有三个字段。
如果代表消费者，则该行后边还有若干字段，代表要求消费的产品所对应的生产者的线程号。
所以务必确认这些对应的线程号存在并且该线程代表一个生产者。
（2）生产和消费的规则在按照上述要求创建线程进行相应的读写操作时，还需要符合以下要求：①共享缓冲区存在空闲空间时，生产者即可使用共享缓冲区。
②从上边的测试数据文件例子可以看出，某一生产者生产一个产品后，可能不止一个消费者，或者一个消费者多次地请求消费该产品。
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、题目：
用多进程同步方法ห้องสมุดไป่ตู้决生产者-消费者问题。
掌握信号量机制的过程。
掌握c语言编程。
通过研究Linux的进程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发控制。
资源时，可以看作是消耗，且该进程称为消费者。
操作系统课程设计
用多进程同步方法解决生产者-消费者问题
别:
计算机科学与技术
级:
04级4班
口
号:
名:
间:
2006-7-7—2006-7-14
一、题目：
二、设计目的：
三、总体设计思想概述：
四、说明：
五、设计要求：
六、设计方案：
七、流程图：
八、运行结果
九、源程序
十、总结
一、参考文献
.错.误！
.错.误！
.错.误！
生产者消费者问题 操作系统课程设计
生产者消费者问题操作系统课程设计本文介绍了操作系统课程设计中的生产者消费者问题。
生产者消费者问题是一种经典的同步问题，涉及到多个线程或进程的协作与同步。
在该问题中，有一定数量的生产者和消费者，它们共享一个有限的缓冲区。
生产者负责往缓冲区中添加数据，而消费者则负责从缓冲区中取出数据。
缓冲区的大小是有限的，当缓冲区已满时，生产者就需要等待，直到有消费者来取出数据；当缓冲区为空时，消费者也需要等待，直到有生产者添加数据为止。
为了解决生产者消费者问题，操作系统课程设计中通常采用信号量机制来进行同步和互斥。
生产者和消费者需要共享两个信号量：一个用来表示空闲缓冲区的数量，另一个用来表示有数据的缓冲区的数量。
当生产者添加数据时，需要使用信号量将空闲缓冲区的数量减1，然后将数据添加到缓冲区；当消费者取出数据时，需要使用信号量将有数据的缓冲区的数量减1，然后将数据从缓冲区中取出。
当缓冲区已满或为空时，线程需要进行等待，直到有信号量被释放。
操作系统课程设计中，生产者消费者问题可以作为实验来进行实践。
通过编写程序实现生产者消费者问题，可以加深对操作系统中同步和互斥的理解，同时也可以提高编程能力和解决问题的能力。
- 1 -。
多进程同步方法解决生产者-消费者问题
课程设计报告课程名称：操作系统实验题目：用多进程同步方法解决生产者-消费者问题院系：计算机科学与工程学院班级：姓名：学号：指导老师：一、概述：1、问题描述：用多进程同步方法解决生产者-消费者问题设计目的:通过研究Linux 的进程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发控制.说明:有界缓冲区内设有20个存储单元,放入/取出的数据项设定为1-20这20个整型数.设计要求:1) 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/消费者线程的标识符.2) 生产者和消费者各有两个以上.3) 多个生产者或多个消费者之间须有共享对缓冲区进行操作的函数代码.2、程序设计基本思想: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。
一个有限空间的共享缓冲区，负责存放货物。
生产者向缓冲区中放物品，缓冲区满则不能放。
消费者从缓冲区中拿物品，缓冲区空则不能拿。
因为有多个缓冲区，所以生产者线程没有必要在生成新的数据之前等待最后一个数据被消费者线程处理完毕。
同样，消费者线程并不一定每次只能处理一个数据。
在多缓冲区机制下，线程之间不必互相等待形成死锁，因而提高了效率。
多个缓冲区就好像使用一条传送带替代托架，传送带上一次可以放多个产品。
生产者在缓冲区尾加入数据，而消费者则在缓冲区头读取数据。
当缓冲区满的时候，缓冲区就上锁并等待消费者线程读取数据；每一个生产或消费动作使得传送带向前移动一个单位，因而，消费者线程读取数据的顺序和数据产生顺序是相同的。
可以引入一个count计数器来表示已经被使用的缓冲区数量。
用Producer和Consumer 来同步生产者和消费者线程。
每当生产者线程发现缓冲区满（ count=BufferSize ），它就等待Consumer事件。
多进程同步方法解决生产者-消费者问题
可以引入一个count计数器来表示已经被使用的缓冲区数量。用Producer和Consumer来同步生产者和消费者线程。每当生产者线程发现缓冲区满（count=BufferSize），它就等待Consumer事件。同样，当消费者线程发现缓冲区空，它就开始等待Producer。生产者线程写入一个新的数据之后，就立刻发出Consumer来唤醒正在等待的消费者线程；消费者线程在读取一个数据之后，就发出Producer来唤醒正在等待的生产者线程。
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。
二
m个生产者、k个消费者、共享n个单元缓冲区
基本算法如下：
三
4.1、生产者流程结构：
4.2消费者流程结构：
四
a)用一个整型数组Buffer_NUM来代表缓冲区。生产产品及对已有产品消费都需要访问该组缓冲区。
缓冲区的大小和结构体：
struct Buffer
{
int product[BUFFER_NUM]; //缓冲区
int start, end; //两个指针相当于教材中的in out指针
多进程同步方法解决生产者-消费者问题
课程设计报告课程名称:操作系统实验题目：用多进程同步方法解决生产者—消费者问题院系：计算机科学与工程学院班级：姓名:学号：指导老师：一、概述：1、问题描述：用多进程同步方法解决生产者—消费者问题设计目的:通过研究Linux 的进程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发控制.说明:有界缓冲区内设有20个存储单元,放入/取出的数据项设定为1-20这20个整型数。
设计要求：1）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/消费者线程的标识符.2) 生产者和消费者各有两个以上.3）多个生产者或多个消费者之间须有共享对缓冲区进行操作的函数代码。
2、程序设计基本思想: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.⏹一个有限空间的共享缓冲区，负责存放货物.⏹生产者向缓冲区中放物品，缓冲区满则不能放.⏹消费者从缓冲区中拿物品，缓冲区空则不能拿。
因为有多个缓冲区，所以生产者线程没有必要在生成新的数据之前等待最后一个数据被消费者线程处理完毕。
同样，消费者线程并不一定每次只能处理一个数据。
在多缓冲区机制下，线程之间不必互相等待形成死锁,因而提高了效率。
多个缓冲区就好像使用一条传送带替代托架,传送带上一次可以放多个产品。
生产者在缓冲区尾加入数据，而消费者则在缓冲区头读取数据.当缓冲区满的时候，缓冲区就上锁并等待消费者线程读取数据;每一个生产或消费动作使得传送带向前移动一个单位，因而，消费者线程读取数据的顺序和数据产生顺序是相同的。
可以引入一个count计数器来表示已经被使用的缓冲区数量.用Producer和Consumer 来同步生产者和消费者线程。
每当生产者线程发现缓冲区满（ count=BufferSize ），它就等待Consumer事件.同样，当消费者线程发现缓冲区空，它就开始等待Producer.生产者线程写入一个新的数据之后，就立刻发出Consumer来唤醒正在等待的消费者线程;消费者线程在读取一个数据之后，就发出Producer来唤醒正在等待的生产者线程。
(完整版)操作系统毕业课程设计用多进程同步方法解决生产者-消费者问
操作系统课程设计用多进程同步方法解决生产者-消费者问题系别：计科系专业: 计算机科学与技术班级：.04级4班姓名：. 苏德洪目录一、题目：.................................................... 3.. .二、设计目的：.................................................... 3.. .三、总体设计思想概述：............................. 3..四、说明：.................................................... 3.. .五、设计要求：.................................................... 3.. .六、设计方案：.................................................... 3.. .七、流程图：.................................................... 5...八、运行结果.................................................... 7.. .九、源程序 (11)十、总结................................................... 1..9 ..十一、参考文献................................................... 2..0 .一、题目：用多进程同步方法解决生产者- 消费者问题。
二、设计目的：掌握信号量机制的过程。
掌握 c 语言编程。
通过研究Linux 的进程机制和信号量实现生产者消费者问题的并发控制。
三、总体设计思想概述：1、生产者—消费者问题是一种同步问题的抽象描述。
多线程同步的课程设计
多线程同步的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解多线程编程的基本概念，掌握线程的创建、同步与通信方法。
2. 学生能运用所学知识分析实际案例，设计出合理的多线程同步方案。
3. 学生了解多线程同步在软件开发中的应用场景，如资源共享、生产者-消费者问题等。
技能目标：1. 学生能运用编程语言（如Java、C#等）实现多线程的创建与同步。
2. 学生能运用同步机制解决多线程并发问题，提高程序执行效率。
3. 学生具备分析多线程同步问题、设计解决方案的能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习多线程同步，培养团队协作意识，理解协作的重要性。
2. 学生在解决多线程同步问题的过程中，培养耐心、细心和问题解决能力。
3. 学生认识到多线程同步在实际软件开发中的价值，激发对编程的兴趣和热情。
本课程针对高年级学生，考虑其已具备一定的编程基础，注重培养实际编程能力和问题解决能力。
课程性质为理论联系实践，强调学生的动手实践和思考。
教学要求注重引导学生主动探索、合作交流，将目标分解为具体的学习成果，为后续的教学设计和评估提供明确依据。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 多线程基础：- 线程的概念、生命周期和状态转换。
- 线程的创建与运行：介绍使用编程语言（如Java、C#等）创建线程的方法。
- 线程同步机制：互斥锁、信号量、条件变量等。
2. 多线程同步方法：- 同步问题的产生及解决方法：死锁、竞态条件等。
- 同步机制的应用：生产者-消费者问题、读写锁等。
- 线程通信：管程、消息队列等。
3. 多线程同步案例分析：- 分析实际案例，如文件读写、数据库操作等。
- 设计多线程同步方案，解决实际问题。
- 优化多线程同步方案，提高程序性能。
教学内容安排和进度如下：1. 第一周：多线程基础，包括线程概念、创建与运行。
2. 第二周：多线程同步机制，包括互斥锁、信号量等。
3. 第三周：多线程同步方法及其应用，包括生产者-消费者问题、读写锁等。
用多进程同步方法演示“生产者-消费者”问题
**理工大学操作系统课程设计报告院（系）：计算机工程学院专业：计算机科学与技术班级：计算111学生姓名： ** 学号： 201107015 题目：用多进程同步方法演示“生产者-消费者”问题起迄日期: 2014.07.07-2014.07.18设计地点:现代教育中心101-103、主教学楼B505指导教师:王**2013—2014年度第 2 学期完成日期: 2014 年 7 月 18 日一、课程设计目的本次操作系统课程设计的主要任务是通过研究Linux的进程机制和信号量，实现生产者消费者问题的并发控制。
实验中需要设置多个生产者和多个消费者，生产者和消费者对同一个缓冲区进行操作，互斥的访问缓冲区。
本次课程设计的目的就是加深对多进程如何正确访问临界资源的理解，同时掌握条件变量在互斥访问时应该如何正确有效地使用。
掌握生产者消费者问题的解决流程和方法，能够在此基础上解决现实中的具体问题。
二、课程设计内容课程设计内容：1)生产者和消费者进程的数目不固定，可在程序界面上设置2)生产者和消费者进程的数目在程序界面上可调，在运行时可随时单个增加与减少生产者与消费者3)生产者的生产速度与消费者的消费速度均可在程序界面调节，在运行中，该值调整后立即生效4)生产者生产的产品由随机函数决定5)多个生产者或多个消费者之间必须有共享对缓冲区进行操作的函数代码6)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、当前生产者与消费者的指针位置，以及生产者和消费者线程标识符7)采用可视化界面，可在运行过程中随时暂停，查看当前生产者、消费者以及有界缓冲区的状态三、系统分析与设计1、系统分析1.1功能需求：生产者与消费者需要对缓冲池互斥操作，其中生产者和消费者的数目可以任意改变。
生产者和消费者的速度也要随机的进行修改。
可以查看当前生产者和消费者以及有界缓冲区的状态。
1.2数据需求：本次试验生产者和消费者的数量要动态的增加、减少，还有缓冲区的产品数，以及生产、消费产品的指针。
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-------------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 (2)正文 (2)1.设计目的与要求 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计要求 (2)2.设计思想及系统平台 (2)2.1设计思想 (2)2.2系统平台及使用语言 (2)3.详细算法描述 (3)4.源程序清单 (5)5.运行结果与运行情况 (10)6.调试过程 (14)7.总结 (14)本科生课程设计成绩评定表 (16)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 (Producer-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1－20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：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_semaphore,初值设为buffer的大小MAX_BUFFER 2.2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 buffer[MAX_BUFFER];Producer线程的处理函数：while(1){Wait(producer_semaphore);Wait(buffer_mutex);Buffer[pn]=product;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=buffer[cn];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：rj070126（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<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<pthread.h>#include<semaphore.h>#include<sys/types.h>#include<errno.h>#include<unistd.h>#include<signal.h>#include<time.h>#define NUM_THREADS_P 5 /*define the number of producer*/ #define NUM_THREADS_C 5 /*define the number of consumer*/ #define MAX_BUFFER 20 /*define the number of buffer*/#define RUN_TIME 20 /*define the run time*/int buffer[MAX_BUFFER]; /*difine the buffer */int produce_pointer=0,consume_pointer=0;sem_t producer_semaphore,consumer_semaphore,buffer_mutex; pthread_t threads_p[NUM_THREADS_P]; /*producer*/pthread_t threads_c[NUM_THREADS_C]; /*consumer*/FILE* fd;void *producer_thread(void *tid);void *consumer_thread(void *tid);void showbuf();void handler(){int i;for(i=0;i<NUM_THREADS_P;i++)pthread_cancel(threads_p[i]);for(i=0;i<NUM_THREADS_C;i++)pthread_cancel(threads_c[i]);}int main(){int i;signal(SIGALRM,handler);fd=fopen("output.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;i<MAX_BUFFER;i++)buffer[i]=0; /*initiate the buffer*//*create the threads*/for(i=0;i<NUM_THREADS_P;i++)pthread_create(&threads_p[i],NULL,(void*)producer_thread,(void*)(i+1));for(i=0;i<NUM_THREADS_C;i++)pthread_create(&threads_c[i],NULL,(void*)consumer_thread,(void *)(i+1));alarm(RUN_TIME); /*set time to run*//*wait the threads to exit*/for(i=0;i<NUM_THREADS_P;i++)pthread_join(threads_p[i],NULL);for(i=0;i<NUM_THREADS_C;i++)pthread_join(threads_c[i],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((produce_pointer+1)%20==consume_pointer);sem_wait(&buffer_mutex);buffer[produce_pointer]=rand()%20+1;produce_pointer=(produce_pointer+1)%20;if(produce_pointer==0){ /*if buffer was filled to the 19th*/printf("producer:%d pointer_p:%2d produced:%2d\n",(int)tid,19,buffer[19]);fprintf(fd,"producer:%d pointer_p:%2d produced:%2d\n",(int)tid,19,buffer[19]);}else{printf("producer:%d pointer_p:%2d produced:%2d\n",(int)tid,produce_pointer-1,buffer[produce_pointer-1]);fprintf(fd,"producer:%d pointer_p:%2d produced:%2d\n",(int)tid,produce_pointer-1,buffer[produce_pointer-1]);}showbuf();sem_post(&buffer_mutex);sem_post(&consumer_semaphore); /*inform the consumer the buffer is not empty*/srand((int)time(NULL)*(int)tid);sleep(rand()%5+1); /*wait a few seconds ,then continue producing*/ }return ((void*)0);}void *consumer_thread(void *tid){/*the thread can be canceled by other thread*/pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE,NULL);while(1){sem_wait(&consumer_semaphore);srand((int)time(NULL)*(int)tid);sleep(rand()%2+1); /*one or two seconds to consume*/sem_wait(&buffer_mutex);printf("consumer:%d pointer_c:%2d consumed:%2d\n",(int)tid,consume_pointer,buffer[consume_pointer]);fprintf(fd,"consumer:%d pointer_c:%2d consumed:%2d\n",(int)tid,consume_pointer,buffer[consume_pointer]);buffer[consume_pointer]=0;consume_pointer=(consume_pointer+1)%20;showbuf();sem_post(&buffer_mutex);sem_post(&producer_semaphore);srand((int)time(NULL)*(int)tid);sleep(rand()%5+1); /*wait a few seconds ,then continue consuming*/ }return ((void*)0);}/*show the content of buffer*/void showbuf(){int i;printf("buffer:");fprintf(fd,"buffer:");for(i=0;i<MAX_BUFFER;i++){printf("%2d ",buffer[i]);fprintf(fd,"%2d ",buffer[i]);}printf("\n\n");fprintf(fd,"\n\n");}5.运行结果与运行情况程序运行结果如下：producer:1 pointer_p: 0 produced:20buffer:20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0producer:3 pointer_p: 1 produced:13buffer:20 13 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0producer:2 pointer_p: 2 produced: 6buffer:20 13 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0producer:4 pointer_p: 3 produced:14buffer:20 13 6 14 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0producer:5 pointer_p: 4 produced:20buffer:20 13 6 14 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 consumer:2 pointer_c: 0 consumed:20buffer: 0 13 6 14 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0producer:1 pointer_p: 5 produced:20buffer: 0 13 6 14 20 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0consumer:1 pointer_c: 1 consumed:13buffer: 0 0 6 14 20 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0consumer:3 pointer_c: 2 consumed: 6buffer: 0 0 0 14 20 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0consumer:4 pointer_c: 3 consumed:14buffer: 0 0 0 0 20 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0consumer:5 pointer_c: 4 consumed:20buffer: 0 0 0 0 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0producer:3 pointer_p: 6 produced: 1buffer: 0 0 0 0 0 20 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0producer:2 pointer_p: 7 produced:14buffer: 0 0 0 0 0 20 1 14 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0consumer:3 pointer_c: 5 consumed:20buffer: 0 0 0 0 0 0 1 14 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0producer:4 pointer_p: 8 produced: 6buffer: 0 0 0 0 0 0 1 14 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0consumer:5 pointer_c: 6 consumed: 1buffer: 0 0 0 0 0 0 0 14 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0producer:5 pointer_p: 9 produced: 8buffer: 0 0 0 0 0 0 0 14 6 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0consumer:2 pointer_c: 7 consumed:14buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 6 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0consumer:5 pointer_c: 8 consumed: 6buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0producer:1 pointer_p:10 produced:18buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 18 0 0 0 0 0 0 0 0 0consumer:1 pointer_c: 9 consumed: 8buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 18 0 0 0 0 0 0 0 0 0producer:2 pointer_p:11 produced:10buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 18 10 0 0 0 0 0 0 0 0producer:4 pointer_p:12 produced:10buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 18 10 10 0 0 0 0 0 0 0consumer:4 pointer_c:10 consumed:18buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 10 0 0 0 0 0 0 0producer:3 pointer_p:13 produced: 3buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 10 3 0 0 0 0 0 0consumer:3 pointer_c:11 consumed:10buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 3 0 0 0 0 0 0consumer:2 pointer_c:12 consumed:10buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0producer:1 pointer_p:14 produced: 6buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 6 0 0 0 0 0consumer:1 pointer_c:13 consumed: 3buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0producer:2 pointer_p:15 produced:18buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 18 0 0 0 0consumer:5 pointer_c:14 consumed: 6buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 18 0 0 0 0producer:1 pointer_p:16 produced: 6buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 18 6 0 0 0producer:3 pointer_p:17 produced:19buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 18 6 19 0 0consumer:1 pointer_c:15 consumed:18buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 19 0 0producer:5 pointer_p:18 produced: 7buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 19 7 0consumer:3 pointer_c:16 consumed: 6buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 19 7 0producer:4 pointer_p:19 produced:14buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 19 7 14consumer:5 pointer_c:17 consumed:19buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 14consumer:4 pointer_c:18 consumed: 7buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 14producer:1 pointer_p: 0 produced: 4buffer: 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 14consumer:2 pointer_c:19 consumed:14buffer: 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0consumer:1 pointer_c: 0 consumed: 4buffer: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0producer:2 pointer_p: 1 produced:15buffer: 0 15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0producer:3 pointer_p: 2 produced:13buffer: 0 15 13 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0producer:2 pointer_p: 3 produced: 3buffer: 0 15 13 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0说明：“producer:2”是指自定义标号为2的producer，“pointer_p:3”是指该producer的指针，“produced:3”是指该producer在buffer[3]里写入3，“buffer: 0 15 13 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ”是指该producer进行写操作后存储区的内容。