操作系統(tǒng)課程設(shè)計_哲學(xué)家進餐問題

1、目錄1設(shè)計題目與要求 11.1 實驗?zāi)康呐c設(shè)計要求 11.2 初始條件 12 總體設(shè)計思想及相關(guān)知識 22.1 總體設(shè)計思想 22.2 臨界區(qū)互斥編程原理 22.3 開發(fā)環(huán)境與工具 33 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與模塊說明 33.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 33.2 程序各模塊流程圖 53.2.1 主程序模塊 53.2.2 狀態(tài)改變模塊 63.2.3 返回哲學(xué)家狀態(tài)模塊 73.2.4 返回餐具狀態(tài)模塊 84. 源程序代碼 95. 測試及結(jié)果 146. 課設(shè)總結(jié) 16參考文獻 171 設(shè)計題目與要求1.1實驗?zāi)康呐c設(shè)計要求實驗?zāi)康模和ㄟ^實現(xiàn)哲學(xué)家進餐問題的同步深入了解和掌握進程同步和互斥 的原理。設(shè)計要求：哲學(xué)家有N個,也定

2、全體到齊后開始討論：在討論的間隙哲學(xué)家進 餐,每人進餐時都需使用刀、叉各一把，所有哲學(xué)家刀和叉都拿到后才能進餐。 哲學(xué)家的人數(shù)、餐桌上的布置自行設(shè)定，實現(xiàn)刀和叉的互斥使用算法的程序?qū)崿F(xiàn)。1.2初始條件(1) 操作系統(tǒng)：wi ndows(2) 程序設(shè)計語言：C+(3) 設(shè)定圓桌上有六個哲學(xué)家，三對刀叉，如下圖擺放:哲學(xué)家編號3號叉3號刀3號叉2號叉辺塢刀圖1-1哲學(xué)家進餐問題設(shè)定圖2 總體設(shè)計思想及相關(guān)知識2.1 總體設(shè)計思想哲學(xué)家的生活就是思考和吃飯， 即思考，餓了就餐， 再思考，循環(huán)往復(fù)。 要： 每一個哲學(xué)家只有在拿到位于他左右的刀叉后， 才能夠就餐； 哲學(xué)家只能先拿一 把刀或叉， 再去拿另

3、一把刀或叉， 而不能同時去抓他旁邊的兩把餐具， 也不能從 其他哲學(xué)家手中搶奪餐具； 哲學(xué)家每次就餐后必須放下他手中的兩把餐具后恢復(fù) 思考，不能強抓住餐具不放。設(shè)計一個程序， 能夠顯示當(dāng)前各哲學(xué)家的狀態(tài)和桌上餐具的使用情況， 并能 無死鎖的推算出下一狀態(tài)各哲學(xué)家的狀態(tài)和桌上餐具的使用情況。 即設(shè)計一個能 安排哲學(xué)家正常生活的程序。為哲學(xué)家設(shè)計 3 種狀態(tài)，即“等待” “進餐”“思考”。每個哲學(xué)家重復(fù)進行 “等待” -“進餐” -“思考”的行動循環(huán)。其中：“等待” - “進餐”：只有一個哲學(xué)家處于等待進餐狀態(tài)，且左右手兩邊的 餐具都處于“空閑”狀態(tài)時，可以發(fā)生這種狀態(tài)改變。此狀態(tài)改變發(fā)生后，哲學(xué)

4、家拿起左右手兩邊的餐具?！斑M餐” - “思考”：此狀態(tài)改變發(fā)生后，哲學(xué)家放下左右手上的餐具。餐 具狀態(tài)由“使用中”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱臻e” ?！八伎肌?- “等待”：哲學(xué)家思考結(jié)束后，無條件轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)。由上所述，程序中應(yīng)設(shè)置 6 個元素的信號量數(shù)組， tools6 ，用來保持哲學(xué) 家之間的同步。2.2 臨界區(qū)互斥編程原理不論是硬件臨界資源， 還是軟件臨界資源， 多個進程必須互斥地對它進行訪 問。每個進程中訪問臨界資源的那段代碼稱為臨界區(qū)( Critical Section )。每個進程中訪問臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)(Critical Section )(臨界資源是一次僅允許一個進程使用的共享資源)

5、。每次只準(zhǔn)許一個進程進入臨界 區(qū)，進入后不允許其他進程進入。不論是硬件臨界資源，還是軟件臨界資源，多 個進程必須互斥地對它進行訪問。本程序主要使用了 EnterCriticalSection (&cs) 和 LeaveCriticalSection (&cs)兩個函數(shù)實現(xiàn)臨界區(qū)互斥。EnterCriticalSection(&cs)用來進入臨界區(qū)，LeaveCriticalSection(&cs)用來離開臨界區(qū)。2.3開發(fā)環(huán)境與工具系統(tǒng)平臺：WINDOWS境實現(xiàn)語言：C+開發(fā)工具：VC+6.03數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與模塊說明3.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Philosopher-nu mber:i nt-status:i

6、nt +Philosopher(i n nu m:i nt) +fin d() con st: int+geti nfo() con st:i nt +Cha nge():void圖3-1 哲學(xué)家類的UMLB 程序中定義一個哲學(xué)家類，包含兩個私有對象和四個公有對象Number對象：報訊哲學(xué)家的編號。Status 對象：用于保存當(dāng)前該哲學(xué)家的狀態(tài)， 0 表示正在等待(即處于饑餓狀態(tài)) 1 表示得到餐具正在吃飯， 2 表示正在思考Philosopher nt num)方法：哲學(xué)家類構(gòu)造函數(shù)，參數(shù) num表示哲學(xué)家編號find() const 方法：返回該哲學(xué)家編號getinfo() const 方

7、法：返回哲學(xué)家當(dāng)前狀態(tài)Chan ge()方法：根據(jù)題目要求改變哲學(xué)家的狀態(tài)(等待 - 進餐- 思考- 等待)另外，程序中包含一個公有對象， bool 類型數(shù)組 tools6 ，用來保存 6 把餐當(dāng) 前狀態(tài)： true 表示該餐具當(dāng)前空閑， false 表示該餐具當(dāng)前正被使用。程序中還包含兩個公有函數(shù)： print 和 toolstatus 。 Print 用來返回一個哲學(xué)家 的狀態(tài)， toolstatus 用來返回一個餐具的狀態(tài)。3.2程序各模塊流程圖3.2.1主程序模塊3.2.2 狀態(tài)改變模塊H是草在左t uuli iLuiiibefSS false .tools (number-1)*S

8、=fale .寶改叢狀態(tài)為遴轡St 3tUS=l iL圖3-4返回哲學(xué)家狀態(tài)模塊print()流程圖3.2.4 返回餐具狀態(tài)模塊4. 源程序代碼/ 實驗?zāi)康模和ㄟ^實現(xiàn)哲學(xué)家進餐問題的同步深入了解和掌握進程同步和互斥的原理。/ 設(shè)計要求：哲學(xué)家有 N 個，也定全體到達后開始討論：在討論的間隙哲學(xué)家進餐，/ 每人進餐時都需使用刀、 叉各一把， 所有哲學(xué)家刀和叉都拿到后才能進餐。 哲學(xué)家的人數(shù)、/ 餐桌上的布置自行設(shè)定，實現(xiàn)刀和叉的互斥使用算法的程序?qū)崿F(xiàn)。#include #include #include #include #include using namespace std;bool too

9、ls6; / 全局變量，用餐工具CRITICAL_SECTION cs; / 信號量 , 在線程中使用，臨界區(qū)class Philosopherprivate:int number;int status; /* 標(biāo)記當(dāng)前哲學(xué)家的狀態(tài) ,0 表示正在等待 （ 即處于饑 餓狀態(tài) ）,1 表示得到兩支筷子正在吃飯 ,2 表示正在思考 */public:Philosopher(int num=0): status(2), number(num) int find() const return number; int getinfo() const return status; void Change(

10、) ; /狀態(tài)改變函數(shù);void Philosopher:Change()EnterCriticalSection (&cs) ; /進入臨界區(qū)if(status=1) / 正在進餐toolsnumber%6=true; / 放下左手工具 tools(number-1)%6=true; / 放下右手工具status=2;/ 改變狀態(tài)為思考else if(status=2)/ 思考中status=0; /改變狀態(tài)為等待else if(status=0)/ 等待中if(toolsnumber%6&tools(number-1)%6) / 左右手兩邊工具均 為空閑狀態(tài) toolsnumber%6=f

11、alse; / 拿起左手工具 tools(number-1)%6=false; / 拿起右手工具 status=1;LeaveCriticalSection (&cs) ;string print(Philosopher *pA)/pA-Change();int i=pA-getinfo();string str;if(i=0)str= 等待 ;else if(i=1)str= 就餐 ;else str= 思考 ;return str;string toolstatus(bool a)string state;if(a=true)state= 閑;if(a=false)state= 用;ret

12、urn state;int main()char con = y; /判斷是否繼續(xù)for(int i=0;i6;i+)組刀叉都未使用，初始化toolsi=true; /3初始化初始化臨界區(qū)Philosopher P1(1),P2(2),P3(3),P4(4),P5(5),P6(6);InitializeCriticalSection (&cs) ; /cout 狀 態(tài) 說 明 示 意 圖 ：endl;cout 哲學(xué)家 0號的狀態(tài) endl;coutvv哲學(xué)家5號的狀態(tài)叉3的狀態(tài)刀1的狀態(tài) 哲學(xué)家 1 號的狀態(tài) endl;cout 刀3的狀態(tài) 叉1的狀態(tài) endl;cout哲學(xué)家4號的狀態(tài)叉2的

13、狀態(tài)刀2的狀態(tài) 哲學(xué)家 2 號的狀態(tài) endl;cout哲學(xué)家 3號的狀態(tài)endl;cout 餐具的狀態(tài)，“用”表示使用中， “閑”表示空閑中。 endl;coutendl;cout 哲學(xué)家們開始生活： endl;coutendl; coutendl;while(con=y)P1.Change();P2.Change();P3.Change();P4.Change();P5.Change();P6.Change();cout 當(dāng)前狀態(tài)為： endl;cout P1.find()print(&P1) endl; coutP6.find()print(&P6) toolstatus(tools0)

14、 toolstatus(tools1)P2.find()print(&P2)endl;cout toolstatus(tools5)toolstatus(tools2)endl;coutP5.find()print(&P5) toolstatus(tools4)toolstatus(tools3)P3.find()print(&P3)endl;cout P4.find()print(&P4) endl;coutcon;Sleep(20);DeleteCriticalSection (&cs) ; /退出資源區(qū)return 0;5.測試及結(jié)果圖5-1程序運行開始界面圖5-2哲學(xué)家狀態(tài)1圖5-3哲學(xué)家狀態(tài)2圖5-4哲學(xué)家狀態(tài)3圖5-5哲學(xué)家狀態(tài)4圖5-6退出程序6.課設(shè)總結(jié)經(jīng)過了前后共2周的時間，我完成了這次課程設(shè)計。注意到了許多課本上沒有提到通過這次課程設(shè)計， 我學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識,的東西。鍛煉了通過理論解決而且，通過這次設(shè)計，我得到了一個很好的理論聯(lián)系實際的機會, 就是不出正確結(jié)果。 代碼