緩沖池模擬與實現(xiàn)

1、 長春理工大學大學學生實驗報告書學生用表 實驗名稱 緩沖池的模擬實現(xiàn)課程名稱 操作系統(tǒng) 課程號 學院(系) 軟件學院 專業(yè) 軟件工程 班級 學生姓名 學號 實驗地點 實驗日期 一、實驗目的 1掌握緩沖池的結(jié)構(gòu) 2掌握緩沖池的使用方法 二、實驗內(nèi)容 1、實現(xiàn)輸入、計算、輸出進程并發(fā)執(zhí)行 2、實現(xiàn)getBuf和putBuf函數(shù)。 三、實驗步驟 1、整體設計包括三個線程的模擬設計三個隊列的鏈表設計還有三個隊列的同步與互斥的設計等 2、由于本次實驗沒有需要太多的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)因此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設計就只有三個緩沖隊列的設計先構(gòu)造一個空的緩沖隊列該隊列是一個實體即是一個確定的有結(jié)點的鏈表它是模擬緩沖池的載體輸入與輸

2、出隊列在構(gòu)造時只有它的頭尾指針而沒有它的實體這是因為它可以從空緩沖區(qū)里獲得例如當計算線程要數(shù)據(jù)計算時便可從空隊列里獲取一個緩沖區(qū)作為輸入緩沖使用再把它掛載到輸入隊列的隊尾中去 算法流程圖 實驗內(nèi)容如下 /緩沖隊列類型的定義 #define EMQ 0 /空緩沖隊列 #define INQ 1 /輸入緩沖隊列 #define OUTQ 2 /輸出緩沖隊列 const int bufferpoolsize = 50; /緩沖池大小,默認設置為50個 /結(jié)束運行標志 short int m_end ; GDOU-B-11-112 /緩沖結(jié)構(gòu)體的定義 typedef struct Buffer int

3、 BufNo; /緩沖區(qū)號 int buf; /緩沖內(nèi)容 Buffer *next; /緩沖指向下一個指針 buffer; /線程函數(shù)聲明 DWORD WINAPI InputThreadFunc(LPVOID lpPara); /輸入線程函數(shù) DWORD WINAPI OutputThreadFunc(LPVOID lpPara); /輸出線程函數(shù) DWORD WINAPI CalThreadFunc(LPVOID lpPara); /計算線程函數(shù) /加入與摘取隊列函數(shù)聲明 void putBuf(int type , buffer *buf); /掛載到隊列尾 buffer* getBuf

4、(int type); /從隊列頭中摘取一個緩沖區(qū) /構(gòu)造緩沖池函數(shù)的聲明 void ConstructBuffer(); /線程的句柄 HANDLE hInputT; /輸入線程 HANDLE hOutputT; /輸出線程 HANDLE hCalculateT; /計算線程 /線程的ID DWORD InputTid; /輸入線程 DWORD OutputTid; /輸出線程 DWORD CalculateTid; /計算線程 /三個互斥量信號句柄 HANDLE hmutexEMQ; /空隊列的互斥信號量 HANDLE hmutexOUTQ; /裝滿輸出隊列的互斥信號量 HANDLE hm

5、utexINQ; /裝滿輸入隊列的互斥信號量 /三個同步信號量 HANDLE hsemINQ; HANDLE hsemOUTQ; HANDLE hsemEMQ; #include "windows.h" #include "iostream" #include "stdlib.h" #include "time.h" #include "Main1.h" using namespace std; /三個緩沖隊列頭與尾指針 buffer *hemq , *hinq , *houtq; /隊頭指針

6、buffer *lemq , *linq , *loutq; /隊尾指針 /主函數(shù) int main() cout<<show1<<endl<<show2<<endl<<show3<<endl<<endl; m_end = 1 ; /運行結(jié)束標志 ConstructBuffer(); /構(gòu)造緩沖池 /創(chuàng)建互斥對象 hmutexEMQ = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); hmutexOUTQ = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); hmutexINQ = Cre

7、ateMutex(NULL,FALSE,NULL); /創(chuàng)建信號量對象 hsemINQ = CreateSemaphore(NULL,0,bufferpoolsize,NULL); hsemOUTQ = CreateSemaphore(NULL,0,bufferpoolsize,NULL); hsemEMQ = CreateSemaphore(NULL,bufferpoolsize,bufferpoolsize,NULL); /創(chuàng)建線程 hInputT = CreateThread(NULL,0,InputThreadFunc,NULL,0,&InputTid); Sleep(10);

8、 hCalculateT = CreateThread(NULL,0,CalThreadFunc,NULL,0,&CalculateTid); Sleep(10); hOutputT = CreateThread(NULL,0,OutputThreadFunc,NULL,0,&OutputTid); /Sleep(10000); /system("pause"); if(getchar() /按回車后終止程序運行 m_end = 0 ; cout<<"程序已經(jīng)終止!"<<endl; /等待三個線程的結(jié)束返回 Wai

9、tForSingleObject(hInputT,INFINITE); WaitForSingleObject(hCalculateT,INFINITE); WaitForSingleObject(hOutputT,INFINITE); /釋放線程的資源 CloseHandle(hInputT); CloseHandle(hCalculateT); CloseHandle(hOutputT); return 0; /輸入線程函數(shù)的實現(xiàn) DWORD WINAPI InputThreadFunc(LPVOID lpPara) /輸入線程函數(shù) int nRandom; buffer* getbuf;

10、 srand(time(0); /保證每次運行時產(chǎn)生的隨機數(shù)獨立 while(m_end) Sleep(100); nRandom = rand()%100 + 1 ; /產(chǎn)生1到100的隨機數(shù) /同步與互斥的控制 WaitForSingleObject(hsemEMQ,INFINITE); WaitForSingleObject(hmutexEMQ,INFINITE); getbuf = getBuf(EMQ); /訪問空隊列 getbuf->buf = nRandom ; cout<<"輸入線程從 "<<"緩沖單元 "&

11、lt;<getbuf->BufNo<<"-收容輸入->"<<"data= "<<getbuf->buf<<endl; ReleaseMutex(hmutexEMQ); /釋放互斥對象信號 /控制訪問輸入隊列的互斥量 WaitForSingleObject(hmutexINQ,INFINITE); putBuf(INQ,getbuf) ; /將輸入的緩沖區(qū)掛載到輸入隊列的隊尾 ReleaseMutex(hmutexINQ); ReleaseSemaphore(hsemINQ,1,NUL

12、L); return 0; /輸出線程函數(shù)的實現(xiàn) DWORD WINAPI OutputThreadFunc(LPVOID lpPara) /輸出線程函數(shù) buffer* Outputbuf ; /一個臨時交換區(qū) while(m_end) Sleep(100); /同步與互斥的控制 WaitForSingleObject(hsemOUTQ,INFINITE); WaitForSingleObject(hmutexOUTQ,INFINITE); Outputbuf = getBuf(OUTQ) ; /從輸出隊列中提取一個提取輸出緩沖區(qū) cout<<"輸出線程從 "

13、<<"緩沖單元 "<<Outputbuf->BufNo<<"-提取輸出->"<<"data= "<<Outputbuf->buf<<endl; /Outputbuf->buf = -1 ; /提取完成后將該緩沖區(qū)回收 ReleaseMutex(hmutexOUTQ); WaitForSingleObject(hmutexEMQ,INFINITE); putBuf(EMQ,Outputbuf) ; /回收的把它掛載到空隊列的隊尾 Releas

14、eMutex(hmutexEMQ); ReleaseSemaphore(hsemEMQ,1,NULL); return 0; /計算線程函數(shù)的實現(xiàn) DWORD WINAPI CalThreadFunc(LPVOID lpPara) /計算線程函數(shù) buffer* Calbuf1 = NULL; buffer* Calbuf2 =NULL; int nCal; while(m_end) Sleep(10); /因為計算線程的速度遠遠快于輸入與輸出線程所以它的休眠時間應很小 /同步與互斥的控制 WaitForSingleObject(hsemINQ,INFINITE); WaitForSingle

15、Object(hmutexINQ,INFINITE); Calbuf1 = getBuf(INQ); /從輸入隊列中提取一個收容輸入緩沖區(qū) nCal = Calbuf1->buf; /提取數(shù)據(jù) cout<<"計算線程從 "<<"緩沖單元 "<<Calbuf1->BufNo<<"-提取輸入->"<<"data= "<<Calbuf1->buf<<endl; /Calbuf->buf = -1 ; /系統(tǒng)將

16、收回此緩沖區(qū)表示該緩沖區(qū)已空 ReleaseMutex(hmutexINQ); WaitForSingleObject(hmutexEMQ,INFINITE); putBuf(EMQ,Calbuf1); ReleaseMutex(hmutexEMQ); ReleaseSemaphore(hsemEMQ,1,NULL); nCal = nCal + 10000 ; /模擬輸入數(shù)據(jù)的處理 WaitForSingleObject(hsemEMQ,INFINITE); WaitForSingleObject(hmutexEMQ,INFINITE); Calbuf2 = getBuf(EMQ); /得到

17、一個空的緩沖區(qū)作為收容輸出 Calbuf2->buf = nCal ; /存入運算結(jié)果 cout<<"計算線程從 "<<"緩沖單元 "<<Calbuf2->BufNo<<"-收容輸出->"<<"data= "<<Calbuf2->buf<<endl; ReleaseMutex(hmutexEMQ); WaitForSingleObject(hmutexOUTQ,INFINITE); /把收容輸出緩沖區(qū)掛載到輸

18、出隊列的隊尾 putBuf(OUTQ,Calbuf2); ReleaseMutex(hmutexOUTQ); ReleaseSemaphore(hsemOUTQ,1,NULL); return 0 ; /從隊列中得到隊頭結(jié)點函數(shù)(實際相當于刪除一個結(jié)點操作) buffer* getBuf(int type) buffer* Returnbuf = NULL; switch(type) case 0 : /判斷該隊列的緩沖個數(shù)是否還只有一個 if(hemq != lemq && hemq->next->next != NULL) Returnbuf = hemq-&g

19、t;next ; /取得隊列頭 hemq->next = Returnbuf->next; /修正隊列鏈表頭指針的指向 Returnbuf->next = NULL; return Returnbuf; else /假如該緩沖隊列的個數(shù)只有一個的話則使得隊頭指針與隊尾指針相等級 /這樣的話就可以防止隊尾指針的丟失 Returnbuf = hemq->next ; hemq->next = Returnbuf->next; Returnbuf->next = NULL; lemq = hemq ; return Returnbuf; break; cas

20、e 1: if(hinq != linq && hinq->next->next != NULL) Returnbuf = hinq->next; hinq->next = Returnbuf->next; Returnbuf->next =NULL; return Returnbuf; else Returnbuf = hinq->next ; hinq->next = Returnbuf->next; Returnbuf->next = NULL; linq = hinq; return Returnbuf; br

21、eak; case 2: if(houtq != loutq && houtq->next->next !=NULL ) Returnbuf = houtq->next ; houtq->next = Returnbuf->next; Returnbuf->next = NULL; return Returnbuf; else Returnbuf = houtq->next; houtq->next = Returnbuf->next ; Returnbuf->next = NULL; loutq = houtq; return Returnbuf; break; /把某一類型的緩沖區(qū)掛載到隊尾函數(shù) /(實際相當于插入一個結(jié)點操作) void putBuf(int type , buffer* buf) switch(type) case 0: if(buf != NULL) /該參數(shù)(buf)不為空的時候才執(zhí)行因為插入一個空的緩沖區(qū)是沒有意義的 lemq->next = buf; /修正隊列尾指針 lemq = buf ; /隊尾指針的跟蹤 lemq-