有限缓冲区问题的实现说明书

*******************

实践教学

*******************

兰州理工大学

计算机与通信学院

2012年秋季学期

操作系统课程设计

题目：有限缓冲区问题的实现

专业班级：计算机科学与技术（1）姓名：杨占宏

学号：10240123

指导教师：李明

成绩：

目录

前言 (3)

摘要 (4)

正文 (5)

1.设计思想 (5)

2.算法用到的主要数据结构（采用类C语言定义） (6)

3.相关的各模块的伪码算法 (6)

4.调试分析 (10)

5.测试结果 (10)

6.源程序（带注释） (13)

总结 (18)

参考文献 (19)

致谢 (20)

附件Ⅰ部分源程序代码 (21)

前言

本操作系统课设题目为：优先缓冲区问题的实现，其目的是为了了解UNIX 的命令及使用格式，熟悉UNIX/LINUX的常用基本命令，练习并掌握UNIX提供的vi编辑器来编译C程序，学会利用gcc、gdb编译、调试C程序。编写程序实现有限缓冲区问题。要求设计两个线程，在一个地址空间运行，一个生产者线程生产产品，并把每个产品放到一个空缓冲中供消费者消费；消费者从缓冲区中取出产品，然后释放到空的缓冲池中。如果没有满缓冲，消费者被阻塞，直到生产者生产出新的产品。如果当生产者生产了配件后，没有空缓冲可用时，生产者被阻塞，直到消费者线程释放出一个空缓冲。

摘要

关键词：有限缓冲区问题；进程同步；生产者消费者

本程序实现有限缓冲区问题。设计了两个进程，在一个地址空间运行，一个生产者进程producer模拟生产产品，并把每个产品放到一个空缓冲中供消费者consumer消费；消费者从缓冲区中取出产品，然后释放到空的缓冲池中。如果没有满缓冲，消费者被阻塞，直到生产者生产出新的产品。如果当生产者生产了配件后，没有空缓冲可用时，生产者被阻塞，直到消费者线程释放出一个空缓冲。

程序使用共享内存的方法实现缓冲区，利用PV操作与信号量的方法实现生产者与消费者的同步。程序利用了三个信号量，mutexid用于互斥地访问缓冲区，fullid用于判断缓冲区是否满，用于指示消费者线程能否从缓冲区中取出产品，而emptyid则是用于判断缓冲区是否空，用于指示生产者线程能否进行生产。

正文

1.设计思想

PV操作时原子操作，也就是不可以中断的，在一定的时间内，只能够有一个进程的代码在CPU上面执行。在系统当中，有时候为了顺利的使用和保护共享资源，提出了信号量的概念，POSIX标准提出了有名信号量和无名信号量的概念，由于Linux只实现了无名信号量，我们只介绍无名信号量。

信号量的使用主要是来保护共享资源，使得资源在一个时刻只有一个进程所拥有。为此可以使用一个信号灯，当信号灯的值为某个值的时候，就表明此时资源不可以使用，否则就表示可以使用。为了提供效率，Linux系统提供可下面几个函数

int sem_init(sem_t*sem,int pshared,unsigned int value);

int sem_destroy(sem_t*sem);

int sem_wait(sem_t*sem);

int sem_trywait(sem_t*sem);

int sem_post(sem_t*sem);

int sem_getvalue(sem_t*sem);

sem_init 创建一个信号灯，并初始化其值为value.pshared决定了信号量能否在几个进程间共享。由于目前Linux还没有实现进程间共享信号灯，所以这个值只能够取0.sem_destroy是用来删除信号灯的。Sem_wait调用将阻塞进程。直到信号灯的值大于0.这个函数返回的时候自动将信号灯的值的件一sem_post和sem_wait相反，是将信号灯的内容加一同时发出信号唤醒等待的进程。Sem_trywait和sem_wait相同，不过不阻塞的，当信号灯的值为0的时候返回EAGAIN，表示以后重试。Sem_getvalue得到信号灯的值。

这几个函数的使用相当的简单，比如我们有一个程序要向一个系统请求一个资源时，首先创建一个信号灯。并使其初始值为1，表示有一个资源可用，然后一个进程调用sem_wait由于这个信号灯的值为1，所以这个函数返回，打印机开始打印了，同时信号灯的值为0了。如果第二个进程要使用，调用sem_wait时候，有一信号灯的值为0，资源不可用，于是被阻塞了。当第一个进程对资源的使用完毕后，调用sem_post信号灯的值为1了，这个时候系统通知第二个进程，于是第二个进程的sem_wait返回，第二个进程开始工作了。

2.算法用到的主要数据结构（采用类c语言定义）

int sem_init(sem_t*sem,int pshared,unsigned int value);

int sem_destroy(sem_t*sem);

int sem_wait(sem_t*sem);

int sem_trywait(sem_t*sem);

int sem_post(sem_t*sem);

int sem_getvalue(sem_t*sem);

3.相关的各模块的伪码算法

3.1包含的头文件：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

3.2主函数

int main()

{