山大操作系统课程设计报告（全套）

计算机科学与技术学院实验报告：3

实验题目：信号量同步问题 日期：2010-11-10 姓名： 实验目的： 在本次实验中，通过使用信号量，在原有的程序框架的基础上添加关键代码实现生产者/消费者同步问题。从而深入理解Nachos的信号量的使用以及实现，生产者/消费者问题是如何用信号量实现的以及 在Nachos中是如何创建线程，实现多线程。 硬件环境： 软件环境： Linux 实验步骤： 1.首先初始化三个信号量，代码如下： mutex = new Semaphore(\信号量初始化为1，才能起到加锁功能 nfull = new Semaphore(\的大小在生产者没生产前为0 nempty = new Semaphore(\的大小应该为buffer的大小 2.首先考虑生产者进程，首先要查看buffer是否有空, nempty->P();if nempty>0,nempty=nempty -1，当对缓冲区操作时必须要加锁：mutex->P();加锁. 然后向ring中放入message信息，其次还要解锁mutex->V();解锁.最后通知消费者buffer有新信息, nfull->V();nfull=nfull+1；具体实现代码如下： 3. 考虑消费者进程，像生产者进程一样，查看buffer中是否有信息 nfull->P();if nfull>0,nfull-1；取消息时也要上锁，即：mutex->P();加锁. 然后从ring buffer中取出信息；其次mutex->V();解锁；最后通知生产者bufferr有空nempty->V();nempty=nempty+1，具体代码如下： 4. 创建线程生成一个生产者的代码： producers[i] = new Thread(prod_names[i]); producers[i] -> Fork(Producer,i); 4. 创建线程生成一个消费者的代码： producers[i] = new Thread(prod_names[i]); producers[i] -> Fork(Producer,i); 关键代码： void Producer(_int which) { int num; slot *message = new slot(0,0); for (num = 0; num < N_MESSG ; num++) { //这是消息创建的代码 message->thread_id=which; message->value=num; //p,v 操作 nempty->P(); mutex->P(); ring->Put(message); //p,v 操作 mutex->V(); nfull->V(); } } void Consumer(_int which) { char str[MAXLEN]; char fname[LINELEN]; int fd; slot *message = new slot(0,0); sprintf(fname, \ // create a file. Note that this is a UNIX system call. if ( (fd = creat(fname, 0600) ) == -1) { for (; ; ) { // p,v,操作 nfull->P(); mutex->P(); perror(\Exit(1); } ring->Get(message); // p,v,操作 mutex->V(); nempty->V(); // form a string to record the message sprintf(str,\ message->thread_id, message->value); //把信息写入文件 if ( write(fd, str, strlen(str)) == -1 ) { } //---------------------------------------------------------------------- // ProdCons // 初始化信号量以及需要的生产者消费者线程 //---------------------------------------------------------------------- void ProdCons() { int i; DEBUG('t', \ // 初始化信号量，包括一个访问互斥信号量，初值为1； //一个nempty信号量，初值为缓冲区的大小 //一个nfull的信号量，初值为0 mutex=new Semaphore(\ nempty=new Semaphore(\ nfull=new Semaphore(\ // 新建一个缓冲区 ring=new Ring(BUFF_SIZE+1); perror(\ Exit(1); } } // create and fork N_PROD of producer threads for (i=0; i < N_PROD; i++) { // this statemet is to form a string to be used as the name for // produder i. sprintf(prod_names[i], \ // 创建生产者线程 producers[i]=new Thread(prod_names[i]); producers[i]->Fork(Producer,i); }; // create and fork N_CONS of consumer threads for (i=0; i < N_CONS; i++) { // this statemet is to form a string to be used as the name for // consumer i. sprintf(cons_names[i], \ //创建消费者线程 consumers[i]=new Thread(cons_names[i]); consumers[i]->Fork(Consumer,i); }; } 调试记录： 在源代码中exit(0)没有大写，调试过程发现了这个问题改正， 在使用Linux系统调用写入文件时，有一个头文件没有引入，因而需要修改 #include #include \#include \#include #include 而且对于新添加的头文件的方法其中源文件使用的一个方法是废弃的，所以改成相应的方法write(fd, str, strlen(str))， 实验结果： 生成两个文件分别代表两个消费者取得的产品的记录。 文件tmp_0 producer id --> 0; Message number --> 3; 文件tmp_1 producer id --> 0; Message number --> 0; producer id --> 1; Message number --> 0; producer id --> 1; Message number --> 1; producer id --> 0; Message number --> 1; producer id --> 0; Message number --> 2; producer id --> 1; Message number --> 2; producer id --> 1; Message number --> 3; 分析结果： 从实验结果中可以看出，两个消费者取得的产品的顺序和生成者生产的顺序是一致的。结果正确。 （实验所在目录：home/lu/csc2404/nachos-3.4/code/lab3） 结论分析与体会： 在本次实验中，实现生产者/消费者同步问题，通过使用信号量，即Nachos 提供的系统调用，进一步理解Nachos的信号量的使用以及实现 同时，学会在Nachos中是如何创建线程，实现多线程，理解了多线程的问题。