操作系统多线程同步与互斥课程设计报告.docxVIP

燕山大学课程设计说明书课程设计名称：操作系统 题目：多道程序缓冲区协调操作班级：14计算机科学与技术1班 开发小组名称：砺剑编码小组 课题负责人：刘 课题组成员：刘14计算机1班 A 14计算机1班 B 14计算机1班 B 14计算机1班 C课题开发日期：2016.12.19-2016.12.301.概述1.1目的通过运用操作系统基本原理, 解决进程同步控制;实现多道程序缓冲区协调操作设计，了解多线程的创建，运行原理；通过信号量机制的运用了解各线程间的协调工作机制；通过界面编程，熟练掌握可视化编程工具的能力；独立完成项目的需求分析和总体设计、详细设计，提升软件工程能力。1.2主要完成的任务如下图1所示，有多个PUT操作要不断循环地向Buffer1送字符数据，有Move1操作不断地将Buffer1的数据取到Buffer2，Move2操作不断地将Buffer1的数据取到Buffer3，有多个GET操作要不断地从Buffer2和Buffer3中取数据。PUT、 MOVE、 GET每次操作一个数据，为了在操作的过程中要保证数据不丢失,每个Buffer每次只能接受一个PUT或一个Move或一个Get。运用进程同步和互斥机制设计一个多道程序完成上述操作。图1 Buffer操作基本功能要求:(1) 可以随机产生字符数据，由put操作将数据放入Buff，buffer中容量单位是字符；（2）提供良好图形界面，显示Buffer的操作过程，可以暂停和继续系统的执行；(3) 可以设定各Buffer的容量、PUT、GET、Move操作的个数；(4) 可以设定PUT、GET、Move操作的速度；(5) 实时显示每个Buffer中已放入的数据和数据个数，当前Buffer中数据的个数和数据的内容，空闲Buffer的空间的个数；(6) 实时显示线程、进程所处于等待（阻塞）状态的个数；（7）程序运行结束，显示汇总数据，如：总的运行时间；Buffer中数据的个数；已放入BUFFER的数据个数；已取出的数据个数；平均每个buffer中的数据个数。（8）能够将每次的实验输入和实验结果存储起来，下次运行时或以后可查询。1.3使用的开发工具 操作系统：Window10开发语言：Java开发环境：NetBeans IDE 8.11.4解决的主要问题（1）界面的设计；（2）界面显示各个buffer的模拟put字符，move字符和get字符操作；（3）线程间的同步和互斥问题；（4）各个线程状态的控制；（5）设置的速度、容量等参数的传递问题。2.使用的基本概念和原理2.1线程线程是一组指令的集合，或者是程序的特殊段，它可以在程序里独立执行。线程基本上是轻量级的进程，它负责在单个程序里执行多任务。2.2多线程通常由操作系统负责多个线程的调度和执行。多线程是这样一种机制，它允许在程序中并发执行多个指令流，每个指令流都称为一个线程，彼此间互相独立。线程又称为轻量级进程，它和进程一样拥有独立的执行控制，由操作系统负责调度。2.3信号量信号量是一个在一定范围内变化的整形数据，用来表示一种临界资源，线程通过信号量的值来确定自己的状态是执行还是挂起，各线程间也是通过信号量机制来协调运行顺序一起完成任务。2.4同步与互斥（1）进程同步进程同步是进程之间直接的制约关系，是为完成某种任务而建立的两个或多个线程，这个线程需要在某些位置上协调他们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系。进程间的直接制约关系来源于他们之间的合作。（2）进程互斥进程互斥是进程之间的间接制约关系。当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待。只有当使用临界资源的进程退出临界区后，这个进程才会解除阻塞状态。3.总体设计3.1 基本的技术路线本课程设计使用面向对象的编程语言Java，应用Java的多线程编程技术，模拟各个缓冲区之间的动作。3.2软件的总体结构、模块关系、总体流程3.2.1总体结构图2总体结构3.2.2模块关系本课程设计共创建8个类，可分为三个模块分别是界面模块，共享资源模块和Runnable接口类模块。8个类分别为主界面类Main_win，结果统计输出界面Result_win，共享资源类BUFFER，以及实现Runnable接口的5个类：BUFFER_PUT、BUFFERT_MOVE、BUFFERTH_MOVE、BUFFERT_GET、BUFFERTH_GET。各模块关系可用下图表示图3 模块关系3.2.3总体流程图4 总体流程3.3创立的线程（1）据BUFFER_PUT类建立的线程体buffer1，通过buffer1建立两个线程t11、t12，模拟多个put操作。（2）据BUFFERT