燕山大学课程设计说明书

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课程设计名称：操作系统

题目：多道程序缓冲区协调操作

班级：11级计算机应用1班

开发小组名称：多道程序缓冲区协调操作的程序设计课题负责人：吴楠

课题组成员：姓名吴楠学号 110104010058

班级应用1班自评成绩

姓名王乐学号 110104010045

班级应用1班自评成绩

课题开发日期：2014.1.10

1 概述

1.1 课程设计目的

通过编写一个生产者消费者的实例，了解多线程的创建，运行原理，通过信号量机制的运用了解各线程间的协调工作机制；通过实现界面编程，了解MFC 编程思想。

1.2 主要完成的任务

如下图所示，有多个PUT 操作要不断循环地向Buffer1送字符数据，有Move1操作不断地将Buffer1的数据取到Buffer2，Move2操作不断地将Buffer1的数据取到Buffer3，有多个GET 操作要不断地从Buffer2和Buffer3中取数据。PUT 、 MOVE 、 GET 每次操作一个数据，为了在操作的过程中要保证数据不丢失, 每个Buffer 每次只能接受一个PUT 或一个Move 或一个Get 。运用进程同步和互斥机制设计一个多道程序完成上述操作。

图1 Buffer 操作

(1) 可以随机产生字符数据，由put 操作放入Buff1，buffer 中容量单位是字符。

（2）提供良好图形界面，显示Buffer 的操作过程。

(3) 可以设定各Buffer 的容量、PUT 、GET 、Move 操作的个数；

(4) 可以设定PUT 、GET 、Move 操作的速度；

(5) 实时显示每个Buffer 中数据的个数和数据的内容，空闲Buffer 的空间的个数；

(6) 实时显示线程、进程所处于等待（阻塞）状态的个数

（7）程序运行结束，显示汇总数据：

总的运行时间；

Buffer 中数据的个数；

已放入BUFFER 的数据个数；

已取出的数据个数；

平均每个buffer 中的数据个数。

Put Move2 Buff1 Buff2 Buff3 Get Move1 Get

1.3 课程设计使用的开发语言和工具

语言：C++

开发环境：Visual Studio 2008及其开发环境下的MFC平台。

1.4 解决的主要问题

（1）MFC界面设计

（2）模拟生产者消费者的互斥操作

（3）各信号量的使用

2 使用的基本概念和原理

2.1 MFC

MFC是Windows下程序设计的最流行的一个类库，它合理的封装了WIN32 API函数，并设计了一套方便的消息映射机制。

2.2 MFC的消息实现机制

在MFC的框架结构下，可以进行消息处理的类的头文件里面都会含有DECLARE_MESSAGE_MAP()宏,这里主要进行消息映射和消息处理函数的声明。

所有能够进行消息处理的类都是基于CCmdTarget类的，也就是说CCmdTarget类是所有可以进行消息处理类的父类。CCmdTarget类是MFC处理命令消息的基础和核心。

2.3 线程

线程是程序独立运行的基本单位，一个程序通过执行多个线程可以提高机器本身资源的利用率，同时也可以完成多任务并行运行的操作。

2.4 信号量

信号量是一个在一定范围内变化的整形数据，用来表示一种临界资源，线程通过信号量的值来确定自己的状态是执行还是挂起，各线程间也是通过信号量机制来协调运行顺序一起完成任务。

3 总体设计

3.1基本的技术路线

确定基本技术路线为面向对象程序设计，使用MFC编写程序，建立基本对话框。

在对话框中设立生产者、MOVE、消费者板块，各板块内的按钮能控制各自线程的建立、暂停以及相关数据的设定。

3.2软件的总体结构

图2 总体结构

3.3模块关系

主要分为显示模块、数据模块和线程模块。模块之间的关系显示模块显示的数据模块的内容，而数据模块又影响线程模块，三个模块互相影响，并根据各自的变化，实时显示并协调工作。

3.4总体流程

通过创建生产者线程往BUFFER1中投放随机产生的字符，创建MOVE1线程和MOVE2线程将BUFFER1中的字符移动到BUFFER2和BUFFER3中，创建消费者线程从BUFFER2和BUFFER3中取出字符消费。

建立信号量，因为生产者线程和MOVE1、MOVE2线程共同使用临界资源BUFFER1，所以用Mutex1信号量来协调生产者线程和MOVE1和MOVE2线程；因为MOVE1线程和MOVE2线程共同使用临界资源BUFFER1，因为MOVE1线程和消费者线程GET1共同使用临界资源BUFFER2，MOVE2线程和消费者线程GET2共同使用临界资源BUFFER2，所以用Mutex23信号量来协调MOVE1线程和消费者线程GET1，用Mutex3信号量来协调MOVE2线程和消费者线程GET2。

4 详细设计

4.1r ThreadInfo结构体

typedef stuct ThreadInfo{

CListBox *pList;

}thread,*lpthread;

此结构体用来保存在线程建立时往线程中传送的参数信息（如该线程指定的操作控件），以供在本线程中使用。

4.2 线程操作函数

4.2.1 执行函数的声明

//声明PUT线程。

DWORD WINAPI ThreadPut(LPVOID lpParameter);

//声明MOVE1线程。

DWORD WINAPI ThreadMove1(LPVOID lpParameter);

//声明MOVE2线程。

DWORD WINAPI ThreadMove2(LPVOID lpParameter);

//声明GET线程，主要区别是能分别输出该消费的字符是哪个消费者消费的。DWORD WINAPI ThreadGet(LPVOID lpParameter);

4.2.2 各信号量的定义

Mutex = CreateMutex(NULL,false,NULL);

Mutex1 = CreateMutex(NULL,false,NULL);

Mutex2 = CreateMutex(NULL,false,NULL);

SemaphoreEmpty1=CreateSemaphore(NULL,m_buffer1,m_buffer1,NULL);

SemaphoreFULL1=CreateSemaphore(NULL,0,m_buffer1,NULL);

SemaphoreEmpty2=CreateSemaphore(NULL,m_buffer2,m_buffer2,NULL);

SemaphoreFULL2=CreateSemaphore(NULL,0,m_buffer2,NULL);

SemaphoreEmpty3=CreateSemaphore(NULL,m_buffer3,m_buffer3,NULL);

SemaphoreFULL3=CreateSemaphore(NULL,0,m_buffer3,NULL);

4.2.3各线程的函数接口的定义及算法描述

PUT线程函数接口：

DWORD WINAPI ThreadPut(LPVOID lpParameter)//put线程的入口函数

{

while(toend)

{

Sleep(speed1);

CString str;

str= rand()%128; //生成随机字符

WaitForSingleObject(SemaphoreEmpty1,INFINITE);//申请空间实现P(Empty1)