討論課緩沖池設計(1)

1、燕山大學討論課研究報告課程名稱：計算機操作系統(tǒng) 主題：操作系統(tǒng)作用 題目：緩沖池的設計 小組名稱：3組 2015年10月9日引言：計算機操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中最不可缺少的、最常用的軟件，也是核心的、最接近于計算機硬件的軟件，是計算機專業(yè)及其相關專業(yè)的主要的基礎課程之一，其內(nèi)容綜合了各種操作系統(tǒng)的結構、設計思想、方法、技術和理論，其特點是內(nèi)容繁多、概念抽象。通過此次討論課，我們組的同學加深了對操作系統(tǒng)中對軟硬件管理的基礎知識、基本原理的理解和實踐能力的培養(yǎng)，并在溝通能力、團隊合作能力等方面得到鍛煉。1. 引入1.1進程的引入 程序（Program)是一組指令的有序集合，它本身沒有任何運行的含義，

2、它只是一個靜態(tài)的實體。 也就是說，用程序這個靜態(tài)的實體不能反映程序在并發(fā)執(zhí)行過程的這些動態(tài)特征。于是，人們引入“進程（Process)“這一概念來描述程序動態(tài)執(zhí)行過程的性質。 進程是應用程序的執(zhí)行實例，是操作系統(tǒng)分配資源單位。進程最根本的屬性是動態(tài)性和并發(fā)性。每個進程是由私有的虛擬地址空間、代碼、數(shù)據(jù)和其它各種系統(tǒng)資源組成，進程在運行過程中創(chuàng)建的資源隨著進程的終止而被銷毀，所使用的系統(tǒng)資源在進程終止時被釋放。1.2線程的引入 由于每創(chuàng)建一個進程需要申請許多的系統(tǒng)資源，比如內(nèi)存空間分配，PCB的分配等，這樣就會造成一些不必要的浪費，而線程不需要任何系統(tǒng)資源，它與所屬的進程共享系統(tǒng)資源，并且線程之

3、間的切換速度快，提高了程序運行的效率，所以引入了線程的概念。 線程是操作系統(tǒng)分配處理器的最基本單元，它是操作系統(tǒng)用來調度執(zhí)行的最小單位。一個線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程;同一個進程中的多個線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。2. 主要任務2.1用圖形表示線程 利用圖形界面直觀易懂的特點，把完全抽象的線程的就緒、阻塞（等待）、執(zhí)行的狀態(tài)以及同步互斥的過程用圖形動態(tài)的顯示出來。2.2通過信號量實現(xiàn)P、V操作 用信號量和事件作為線程之間的同步互斥工具，通過對設置BUFFER1、BUFFER2的容量，來協(xié)調PUT、GET、MOVE這三個線程，使其同步來實現(xiàn)P、V操作，并說明每個信號量的含義、初值和值的范圍。2.3定

4、時刷新顯示線程的狀態(tài)與數(shù)據(jù) 設計的程序并非真正的傳輸數(shù)據(jù)，只是對一個數(shù)據(jù)計數(shù)器加減來模擬數(shù)據(jù)的增加減少，然后通過定時刷新，將線程的狀態(tài)、數(shù)據(jù)顯示到界面上。3. 總體設計 利用信號量機制來解決生產(chǎn)者消費者問題，利用互斥信號量mutex實現(xiàn)進程對緩沖池的互斥使用（互斥與同步：進程的同步與互斥是指進程在推進時的相互制約關系）。 對信號量的操作通過兩個原子操作:Wait(s)和Signal(s)。Wait(s)是等待信號的操作，進行S=S-1操作；Signal(s)是發(fā)送信號的操作，進行S=S+1操作。若s-1后仍大于或等于零，則進程繼續(xù)執(zhí)行；若s-1后小于零，則該進程被阻塞后進入與該信號相對應的隊列

5、中，然后轉進程調度；若相加結果大于或等于零，則從該信號的等待隊列中喚醒一等待進程，然后再返回原進程繼續(xù)執(zhí)行或轉進程調度。 進程同步：它主要源于進程合作，是進程間共同完成一項任務時直接發(fā)生相互作用的關系。 進程互斥：它主要源于資源共享，是進程之間的間接制約關系。 圖1：協(xié)調操作設計的總體流程圖4. 具體設計4.1整體思路 3個Put操作，不斷循環(huán)，向Buffer1送數(shù)據(jù)； 一個Move操作，不斷循環(huán)，將Buffer1的數(shù)據(jù)取到Buffer2； 2個GET操作，不斷循環(huán)，從Buffer2中取數(shù)據(jù)。Buffer1容量3,Buffer2容量2,Put、Move、Get每次操作一個數(shù)

6、據(jù)，為了在操作的過程中要保證數(shù)據(jù)不丟失,每個Buffer每次只能接受一個Put或一個Move或一個Get，多個操作不能同時操作同一Buffer(即需要互斥操作)。4.2信號量的設置需要六個信號量：full1,empty1,butter1 full2,empty2,butter2各信號量含義及初值如下： full1表示buffer1是否有數(shù)據(jù)，初值為0；empty1表示buffer1是否有空間，初值為3； buffer1表示buffer1是否可操作，初值為1； full2表示buffer2是否有數(shù)據(jù)，初值為0； empty2表示buffer2是否有空間，初

7、值為2； buffer2表示buffer2是否可操作，初值為1。4.3信號量的范圍butter1的取值范圍為-31；butter2的取值范圍為-214.4程序函數(shù)概覽 API函數(shù)，即Application Programming Interface，操作系統(tǒng)除了協(xié)調應用程序的執(zhí)行、內(nèi)存分配、系統(tǒng)資源管理外，同時也是一個很大的服務中心，調用這個服務中心的各種服務（每一種服務是一個函數(shù)），可以幫肋應用程序達到開啟視窗、描繪圖形、使用周邊設備的目的，由于這些函數(shù)服務的對象是應用程序，所以稱為API函數(shù)。這些函數(shù)是WINDOWS提供給應用程序與操作系統(tǒng)的接口，他們猶如“積木塊”一樣，可以搭建

8、出各種界面豐富，功能靈活的應用程序。4.5程序代碼定義頭文件  #include <stdio.h>#include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h> #include <errno.h> #include <sys/ipc.h> #include <semaphore.h>定義頭變量sem_t 

9、;iFull,iEmpty; sem_t oFull,oEmpty; int iIn=0,iOut=0,oIn=0,oOut=0; sem_t  sem1,sem2; char inBuffer10; char outBuffer20;/數(shù)組實現(xiàn)緩沖區(qū) int data1,data2,data3; void put(void *arg); void move(void *arg); void get(voi

10、d *arg);mian函數(shù) main(int argc, char *argv )  /pthread_t用于聲明線程ID/*初始化信號量imutex為1*/*初始化信號量omutex為1*/*初始化信號量iFull為1*/*初始化信號量iEmpty為10*/*初始化信號量oFull為0*/*初始化信號量oEmpty為20*/*創(chuàng)建三個線程*/ /move線程 /put線程 /get線程put操作線程函數(shù)void put(void *arg)  /*信號量減一，P操作*/*信號量加一，V操作*/move操作線程函數(shù) void move(void *arg)  /* move操作將數(shù)據(jù)取出 inBuffer緩沖區(qū) */ /* move操作將數(shù)據(jù)放入 outBuffer緩沖區(qū) */get操作線程函數(shù) void get(void *arg) 5. 操作過程 6. 總結 經(jīng)過幾天的討論課準備，對進程的同步和互斥技術有了比較深刻的了解，生產(chǎn)者消費者問題是研究多線程程序時繞不開的