假脱机打印程序与虚拟设备

一、 设计目的

 理解虚拟设备的工作原理，理解守护程序的概念。

图7-1表示假脱机打印程序的工作原理。

在网络环境下，连在网络服务器上的打印机要为多个终端服务，每个终端上的用户都可以通过客户端程序向服务器发送打印请求，服务器端的打印请求接收程序接收来自客户端的打印请求，并将该请求存放到磁盘上的打印请求队列中，由服务器端的假脱机打印程序在CPU空闲时从打印请求队列中取出请求信息，并将文件输出到打印机中。这种工作方式不是将文件直接输出到打印机，而是先将待打印的文件缓存到磁盘上，然后立即返回用户程序，从而缩短了用户响应时间，为用户提供了虚拟的快速打印机。这里的磁盘缓存空间就是虚拟设备。服务器端的打印请求接收程序和打印程序都是守护程序，即从开机后就一直运行的程序。

二、 设计要求

  利用多线程技术编写假脱机打印程序，并设计测试数据以验证程序的正确性。

1、界面要求：

程序采用简单的控制台界面，运行后在屏幕上显示功能菜单，列出该程序具有的功能，供用户选择。

2、功能要求：

（1）发送打印请求；

（2）查看假脱机打印队列；

（3）打印文件；

（4）退出。

用户选择功能后应该转到相应的处理程序，并在需要时显示程序的执行结果。

若用户选择（1）则提示用户输入待打印的文件名称，程序接收输入后将打印请求传送到打印队列中，并回到主菜单；

若用户选择（2）则在屏幕上列出打印队列情况，提示按任意键回到主界面；

若用户选择（3）则打印队首的文件，显示所打印的文件名称，按任意键回到主界面；

若用户选择（4）则退出程序的执行。

三、 算法设计与分析

1. 程序结构设计

需要两个数据结构，一个FILE_INFO用来描述打印请求，包括文件名称和文件大小，如图7-2所示。另一个数据结构SPOOL用来描述打印请求队列，如图7-3所示。图7-4描述了程序运行时刻结构体SPOOL的内容。

7.4  程序结构

1、线程划分

为了模拟假脱机打印程序，需要三个线程，主线程用于显示主菜单，接收用户的功能选择，显示打印队列情况；打印请求接收/发送线程接收用户的打印请求，并将打印请求存放到打印请求队列；打印线程用来从打印队列中取文件并将其输出到屏幕。

2、线程互斥要求

三个线程都需要通过控制台终端与用户交互，因此对终端的使用要互斥，以免屏幕混乱（用互斥体h_screen_mutex实现）；三个线程都要访问打印请求队列，因此对它要进行互斥操作（用互斥体h_spool_mutex实现）；

3、同步要求

主线程与打印请求接收/发送线程要同步，当用户选择功能（1）时，主线程要通知打印请求接收/发送线程开始接收用户请求（用初始值为0的信号量h_print实现），然后主线程要等待打印请求接收/发送线程发来接收完毕的信号（用初始值为0的信号量h_sendthread_to_mainthread实现）；

主线程要与打印线程同步，当用户选择功能（3）时，主线程要通知打印线程开始打印文件（用初始值为0的信号量h_semaphore_spool实现），然后主线程要等待打印线程发来打印完毕的信号（用初始值为0的信号量h_spoolthread_to_mainthread实现）；

（注意：在实际的系统中，打印线程不会等待用户从控制台发命令才开始打印，而是只要有打印请求且CPU空闲就循环不停地打印文件，直至打印队列为空，这时打印线程睡眠。本设计这样做是为了避免打印队列迅速变空。）

请求接收/发送线程和打印线程要同步，当打印队列为空时打印线程阻塞，直到请求接收/发送线程将新的请求放入队列；当打印队列满时，请求接收/发送线程阻塞，直到打印线程打印完一个文件空出新位置才能将其唤醒。这两个线程的同步遵循生产者/消费者模型，同步信号量为h_spool_empty和h_spool_full，前者跟踪空位置，后者跟踪打印请求。

4、函数设计

为了简化程序设计，我们只考虑单机环境，而且将打印请求队列存放在内存中，而不是存放在磁盘中，另外用屏幕输出模拟实际的打印机输出。该程序包括三个线程：主线程模拟客户端程序，sendthread线程模拟打印请求接收程序，spool_thread线程模拟打印程序。

该程序使用以下全局变量：

spool_buffer是打印请求队列，互斥体h_spool_mutex用来实现对spool_buffer的互斥访问，互斥体h_screen_mutex用来实现对终端的互斥访问，h_send和h_spool_thread分别是打印请求接收/发送线程和打印线程的句柄，h_semaphore_spool和h_spoolthread_to_mainthread是主线程和打印线程之间的同步信号量，h_print和h_sendthread_to_mainthread是主线程和打印请求接收/发送线程之间的同步信号量，h_spool_full和h_spool_empty是打印线程和打印请求接收/发送线程之间的同步信号量。

该程序共有五个函数，它们的名称及作用如图7-5所示。

下面给出每个函数的算法描述。

（1）list_spool_queue函数

{

申请打印队列互斥使用权P(h_spool_mutex)；

申请屏幕互斥使用权P(h_screen_mutex)；

清屏；

显示打印队列中当前请求个数；

显示表头；

对请求队列中的每一个请求

{在屏幕上输出待打印文件名称以及大小}；

释放打印队列互斥使用权V(h_spool_mutex)；

释放屏幕互斥使用权V(h_screen_mutex)；

}

（2）sendthread函数

{

  while(1){

    等待主线程发送唤醒信号直到用户选择“发送打印请求功能”P(h_print)；

    申请屏幕互斥使用权P(h_screen_mutex)；

清屏；

    提示并接收用户输入文件名称；

    释放屏幕互斥使用权V(h_screen_mutex)；

    产生随机数作为文件大小；

    申请打印队列中的空闲位置P(h_spool_empty)；

申请打印队列互斥使用权P(h_spool_mutex)；

将请求放入打印队列当前位置；

调整位置指针至下一位置；

释放打印队列互斥使用权V(h_spool_mutex)；

通知打印线程多了一个打印请求V(h_spool_full)；

唤醒主线程继续画主菜单V(h_sendthread_to_mainthread)；

}

}

（3）spool_thread函数

{

  while(1){

    等待主线程发送唤醒信号直到用户选择“打印文件功能”P(h_semaphore_spool)；

    等待直到sendthread线程发来打印请求P(h_spool_full)；

    申请打印队列互斥使用权P(h_spool_mutex)；

    申请屏幕互斥使用权P(h_screen_mutex)；

    将打印队列中的文件数减1；

    在屏幕上输出正在打印的文件名称；

    回收该位置（置文件名称为空白，文件大小为0）；

    下调打印指针；

释放屏幕互斥使用权V(h_screen_mutex)；

释放打印队列互斥使用权V(h_spool_mutex)；

通知sendthread线程多了一个空位置V(h_spool_empty)；

唤醒主线程继续画主菜单V(h_spoolthread_to_mainthread)；

  }

}

（4）main函数

{

创建两个互斥体；

创建六个同步信号量；

创建两个线程；

while(1){

申请屏幕互斥使用权P(h_screen_mutex)；

显示主菜单；

接收用户功能选择；

清屏；

释放屏幕互斥使用权V(h_screen_mutex)；

根据功能选择进行分支{

选择了功能1：

唤醒发送线程允许其发送请求到打印队列V(h_print)；

等待发送线程发送完打印请求P(h_sendthread_to_mainthread)；

跳出循环；

选择了功能2：

显示打印队列；

跳出循环；

选择了功能3：

唤醒打印线程允许其打印文件V(h_semaphore_spool)；

等待打印线程打印完文件P(h_spoolthread_to_mainthread)；

跳出循环；

选择了功能4：

返回；

}

}

}

然后就直接放代码好了

1 #include
2 #include
3 #include
4 #include
5 #include <string.h>
6 #define SIZE rand()%1000//取0-999中的一个随机数
7 typedef struct{
8 char file_name[100];//文件名称
9 int file_size; //文件大小
10 int v; //排队序号
11 }FILE_INFO; //文件结构体
12
13 typedef struct{
14 int spool_count; //队列中文件的个数
15 int spool_in; //下一个打印请求存放的位置
16 int spool_out; //下一个被打印文件的位置
17 FILE_INFO spool_queue[5];//打印请求队列
18 }SPOOL; //打印请求队列
19
20 SPOOL spool_buffer; //打印请求队列
21 HANDLE h_spool_mutex; //线程互斥 (三个线程都要访问打印请求队列，实现对spool_buffer的互斥访问)
22 HANDLE h_screen_mutex; //屏幕互斥 (对终端的互斥访问；避免屏幕混乱)
23
24 HANDLE h_send; //申明打印请求接收/发送线程
25 HANDLE h_spool_thread; //申明打印线程
26
27 HANDLE h_semaphore_spool; //主线程通知打印线程开始打印文件(主线程同步信号量)
28 HANDLE h_spoolthread_to_mainthread;//等待打印线程发来打印结束的信号量(打印线程同步信号量)
29
30 HANDLE h_sendthread_to_mainthread; //等待打印请求接收和发送线程结束的信号量
31 HANDLE h_print; //主线程要通知打印请求接收和发送线程开始接收用户请求的信号量
32
33 HANDLE h_spool_full; //打印请求个数
34 HANDLE h_spool_empty; //空位置
35
36 //接收用户的打印请求并将其发送到打印请求队列中
37 DWORD WINAPI sendthread(LPVOID lpParameter)
38 {
39 FILE_INFO file_info;
40 while(1)
41 {
42 WaitForSingleObject(h_print,INFINITE); //等待主线程发送唤醒信号直到用户选择“发送打印请求功能”
43 WaitForSingleObject(h_screen_mutex,INFINITE); // 申请屏幕互斥使用权
44 printf("输入文件名:"); //提示并接收用户输入文件名称
45 scanf("%s",file_info.file_name);
46 ReleaseMutex(h_screen_mutex); // 释放屏幕互斥使用权
47 srand( (unsigned)time( NULL ) ); //产生随机数作为文件大小
48 file_info.file_size=SIZE;
49 printf("文件大小为:%d\n",file_info.file_size);
50 WaitForSingleObject(h_spool_empty,INFINITE); //申请打印队列中的空闲位置
51 WaitForSingleObject(h_spool_mutex,INFINITE); //申请打印队列互斥使用权
52 spool_buffer.spool_count++;
53 file_info.v=spool_buffer.spool_count;
54 spool_buffer.spool_queue[spool_buffer.spool_in]=file_info; //将请求放入打印队列当前位置
55 spool_buffer.spool_in=(spool_buffer.spool_in+1)%5; //调整位置指针至下一位置
56 ReleaseMutex(h_spool_mutex); //释放打印队列互斥使用权
57 ReleaseSemaphore(h_spool_full,1,NULL); //通知打印线程多了一个打印请求
58 ReleaseSemaphore(h_sendthread_to_mainthread,1,NULL); //唤醒主线程继续画主菜单
59 }
60 }
61
62
63 //输出空格
64 void print_space(int num){
65 int i;
66 for(i=0;i){
67 printf(" ");
68 }
69 }
70
71 //列出打印队列
72 void list_spool_queue()
73 {
74 char buffer[10];//存一下转换后的数据，字符型形式比较灵活？
75 WaitForSingleObject(h_spool_mutex,INFINITE); //结束阻塞状态，申请打印队列互斥使用权
76 WaitForSingleObject(h_screen_mutex,INFINITE); //申请屏幕互斥使用权
77 // system("cls"); 终端弹出所以清屏用不了
78 //显示表头
79 printf(" 假脱机队列中的文件数:%d\n\n",spool_buffer.spool_count);
80 printf(" 打印序列 \n");
81 printf("|--------|-------------------------------------|--------------|--------------|\n");
82 printf("| 序号 | 文件名 | 文件大小(KB) | 排队序号 |\n");
83 printf("|--------|-------------------------------------|--------------|--------------|\n");
84 for(int i=0;i<5;i++)
85 {
86 printf("| %d",i);
87 itoa(i, buffer, 10);//整型数字变量转换成字符数组变量
88 print_space(7-strlen(buffer));
89 printf("| %s",spool_buffer.spool_queue[i].file_name);
90 print_space(36-strlen(spool_buffer.spool_queue[i].file_name));
91 printf("| %d",spool_buffer.spool_queue[i].file_size);
92 itoa(spool_buffer.spool_queue[i].file_size,buffer,10);
93 print_space(12-strlen(buffer));
94 printf("| %d",spool_buffer.spool_queue[i].v);
95 itoa(spool_buffer.spool_queue[i].v,buffer,10);
96 print_space(12-strlen(buffer));
97 printf(" |\n");
98 }
99 printf("|--------|-------------------------------------|--------------|--------------|\n");
100
101 ReleaseMutex(h_spool_mutex); //释放打印队列互斥使用权V(h_spool_mutex)；
102 ReleaseMutex(h_screen_mutex); //释放屏幕互斥使用权V(h_screen_mutex)；
103 }
104
105
106 //从打印请求队列中取待打印文件并将其输出到屏幕上
107 DWORD WINAPI spool_thread(LPVOID lpParameter)
108 {
109 while(1)
110 {
111 WaitForSingleObject(h_semaphore_spool,INFINITE); //等待主线程发送唤醒信号直到用户选择“打印文件功能”
112 WaitForSingleObject(h_spool_full,INFINITE); //等待直到sendthread线程发来打印请求
113 WaitForSingleObject(h_spool_mutex,INFINITE); //申请打印队列互斥使用权
114 WaitForSingleObject(h_screen_mutex,INFINITE); //申请屏幕互斥使用权
115
116 spool_buffer.spool_count--; //将打印队列中的文件数减1
117 printf("打印一个文件:\n文件名:%s 文件大小：%d\n",spool_buffer.spool_queue[spool_buffer.spool_out].file_name,spool_buffer.spool_queue[spool_buffer.spool_out].file_size);
118 //在屏幕上输出正在打印的文件名称
119 strcpy(spool_buffer.spool_queue[spool_buffer.spool_out].file_name,"");
120 spool_buffer.spool_queue[spool_buffer.spool_out].file_size=0; // 回收该位置（置文件名称为空白，文件大小为0）
121 spool_buffer.spool_queue[spool_buffer.spool_out].v=0; //下调打印指针
122 for(int i=0;i<5;i++)
123 if(spool_buffer.spool_queue[i].v>0)
124 spool_buffer.spool_queue[i].v--;
125 spool_buffer.spool_out=(spool_buffer.spool_out+1)%5; //寻找下一个要打印文件的位置
126 ReleaseMutex(h_screen_mutex); //释放屏幕互斥使用权
127 ReleaseMutex(h_spool_mutex); //释放打印队列互斥使用权
128 ReleaseSemaphore(h_spool_empty,1,NULL); //通知sendthread线程多了一个空位置
129 ReleaseSemaphore(h_spoolthread_to_mainthread,1,NULL); //唤醒主线程继续画主菜单
130 }
131 return 0;
132 }
133
134 //主函数
135 int main(){
136 char select;
137 h_send=CreateThread(NULL,0,sendthread,NULL,0,NULL); //创建线程
138
139 h_spool_thread=CreateThread(NULL,0,spool_thread,NULL,0,NULL);
140 h_spool_mutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); //创建两个互斥体
141
142 h_screen_mutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);
143 h_spool_full=CreateSemaphore(NULL,0,5,NULL); //打印线程和打印请求接收/发送线程之间的同步信号量
144
145 h_spool_empty=CreateSemaphore(NULL,5,5,NULL);
146 h_print=CreateSemaphore(NULL,0,1,NULL); //主线程和打印请求接收/发送线程之间的同步信号量
147
148 h_sendthread_to_mainthread=CreateSemaphore(NULL,0,1,NULL);
149 h_semaphore_spool=CreateSemaphore(NULL,0,1,NULL); //主线程和打印线程之间的同步信号量
150
151 h_spoolthread_to_mainthread=CreateSemaphore(NULL,0,1,NULL);
152 WaitForSingleObject(h_screen_mutex,INFINITE); //申请屏幕互斥使用权
153
154 while(1){
155 printf("|-----------------------------------|\n");
156 printf("| （1）:发送打印请求 |\n");
157 printf("| （2）:查看假脱机打印队列 |\n");
158 printf("| （3）:打印文件 |\n");
159 printf("| （4）:退出 |\n");
160 printf("|-----------------------------------|\n");
161 printf("| 输入选择功能:");
162 do{
163 scanf("%c",&select);
164 }while(select!='1'&&select!='2'&&select!='3'&&select!='4');
165 //system("cls");
166 ReleaseMutex(h_screen_mutex);
167 switch(select){
168 case '1':
169 if(spool_buffer.spool_count<5){
170 ReleaseSemaphore(h_print,1,NULL); //唤醒发送线程允许其发送请求到打印队列V(h_print)；
171 WaitForSingleObject(h_sendthread_to_mainthread,INFINITE); //等待发送线程发送完打印请求P(h_sendthread_to_mainthread)；
172 }
173 else
174 printf("当前打印队列已满!\n");
175 break;
176
177 case '2':
178 if(spool_buffer.spool_count==0)
179 printf("当前打印队列为空！\n");
180 else
181 list_spool_queue(); //全部显示
182 break;
183
184 case '3':
185 if(spool_buffer.spool_count>0){
186 ReleaseSemaphore(h_semaphore_spool,1,NULL); //唤醒打印线程允许其打印文件V(h_semaphore_spool)；
187 WaitForSingleObject(h_spoolthread_to_mainthread,INFINITE); //等待打印线程打印完文件P(h_spoolthread_to_mainthread)；
188 }
189 else
190 printf("当前打印队列为空!\n");
191 break;
192
193 case '4':
194 return 0;
195 }
196 WaitForSingleObject(h_screen_mutex,INFINITE);
197 printf("\n按任意键回到菜单\n");
198 getch();
199 //system("cls");
200 ReleaseMutex(h_screen_mutex);
201 }
202 return 0;
203 }

由于实在是太菜了，所以就写了一大堆注释。

也不一定完全对，做个参考吧