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文檔簡介
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
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