操作系统课 程 设 计 任 务 书

一、设计题目

利用信号量解决生产者—消费者问题

二、主要内容

 使用AND信号量解决生产者—消费者问题。

三、具体要求及应提交的材料

用C/C++语言编程实现上述内容，并按数学与计算机学院对课程设计说明书规范化要求，写出课程设计说明书，并提交下列材料：

1)课程设计说明书打印稿一份

2)课程设计说明书电子稿一份；

3)源程序电子文档一份。

四、主要技术路线提示

  定义相应数据类型，使用AND信号量。

五、进度安排

按教学计划规定，数据结构课程设计为2周，其进度及时间大致分配如下：

六、推荐参考资料

[1] 汤子瀛，哲凤屏，汤小丹。计算机操作系统。西安电子科技大学出版社。2000年2月

[2] 黄祥喜。计算机操作系统实验教程。广州：中山大学出版社。1994

[3]史美林，张尧学。计算机操作系统教程。清华大学出版社。2000年8月

 摘　 要

生产者-消费者问题是最著名的同步问题，它描述一组生产者（P1  ……Pk）向一组消费者（C1……Cm）提供消息。它们共享一个有界缓冲池（bounded buffer pool）,生产者向其中投放消息，消费者从中取得消息。假定这些生产者和消费者互相等效，只要缓冲池未满，生产者可将消息送入缓冲池；只要缓冲池未空，消费者可从缓冲池取走一个消息。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。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。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。生产者和消费者各有两个以上以及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。

关键词：生产者  消费者  AND信号量

1.设计思想

1.1生产者—消费者设计思想

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。与计算打印两进程同步关系相同，生产者和消费者二类进程P和C之间应满足下列二个同步条件：

1.只有在缓冲池中至少有一个缓冲区已存入消息后，消费者才能从中提取消息，否则消费者必须等待。

2.只有缓冲池中至少有一个缓冲区是空时，生产者才能把消息放入缓冲区，否则生产者必须等待。

为了满足第一个同步条件，设置一个同步信号量full，它代表的资源是缓冲区满，它的初始值为0，它的值为n时整个缓冲池满。这个资源是消费者类进程C所拥有，C进程可以申请该资源，对它施加P操作，而C进程的合作进程生产者进程P对它施加V操作。同样为了满足第二个同步条件，设置另一个同步信号量empty，它代表的资源是缓冲区空，它的初始值为n，表示缓冲池中所有缓冲区空。信号量 full表可用缓冲区数量，信号量 empty表空缓冲区数量，设置整型变量：存入指针in 和 取出指针out 。

为解决生产者/消费者问题，应该设置两个资源信号量，其中一个表示空缓冲区的数目，用g_hFullSemaphore表示，其初始值为有界缓冲区的大小SIZE_OF_BUFFER；另一个表示缓冲区中产品的数目，用g_hEmptySemaphore表示，其初始值为0。另外，由于有界缓冲区是一个临界资源，必须互斥使用，所以还需要再设置一个互斥信号量g_hMutex，起初值为1。
在生产者/消费者问题中，信号量实现两种功能。首先，它是生产产品和消费者199

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