范例課程設(shè)計_哲學(xué)家進餐問題

1、.專業(yè)整理 .師學(xué)院操作系統(tǒng)課程設(shè)計報告題目： 哲學(xué)家進餐問題班級：0903學(xué)號： 0919031709190319作者：羅文濤彭威指導(dǎo)教師：王玉奇2011年12月 26日.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .目錄1設(shè)計題目與要求 .11.1實驗?zāi)康?.11.2設(shè)計要求 .11.3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 .43.2.1主程序模塊 .43.2.3返回哲學(xué)家狀態(tài)模塊 . .53.2.4返回餐具狀態(tài)模塊 . .54源程序代碼 .65測試及結(jié)

2、果 .106課設(shè)總結(jié) .137參考文獻 .13.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .1設(shè)計題目與要求1.1 實驗?zāi)康耐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。1.2 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)。1.3 初始條件（ 1）操作系統(tǒng)： windows（ 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：圖 1-1 哲學(xué)家進餐問題設(shè)定圖.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .2總體設(shè)計思想及相關(guān)知識

3、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)。要求是：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” -&g

4、t; “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)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

5、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） 。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).學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .兩個函數(shù)實現(xiàn)臨界區(qū)互斥。EnterCriticalSection (&cs)用來進入臨界區(qū)， LeaveCritic

6、alSection (&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： WINDOW環(huán)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-number:int-status:int+Philosopher(in num:int)+find() const:int+getinfo() const:int+Change():void圖 3-1哲學(xué)家類的 UML圖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)）

7、1 表示得到餐具正在吃飯，2 表示正在思考Philosopher(int 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方法：返回哲學(xué)家當(dāng)前狀態(tài)Change() 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.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .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。 Prin

8、t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 程序各模塊流程圖主程序模塊圖 3-2 主程序模塊流程狀態(tài)改變模塊.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .圖 3-3 狀態(tài)改變模塊 Change() 流程圖返回哲學(xué)家狀態(tài)模塊圖 3-4 返回哲學(xué)家狀態(tài)模塊print()流程圖返回餐具狀態(tài)模塊.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .圖 3-5 返回餐具狀態(tài)模塊toolstatus(bool a)流程圖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

9、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 <windows.h>#include <time.h>#include <string>#include <iostream>#include <assert.h>using namespace std;bool tools6;/ 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;.學(xué)

10、習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .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() ;/狀態(tài)改變函數(shù);void Philosopher:Change()EnterCriticalSection (&cs) ; /進入臨界區(qū)if(status=1

11、) /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=false; /拿起左手工具tools(number-1)%6=false; /拿起右手工具status=1;.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .LeaveCriticalSec

12、tion (&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 "return st

13、ate;int main()char con = 'y' /判斷是否繼續(xù)for(int i=0;i<6;i+)toolsi=true; /3組刀叉都未使用，初始化.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .Philosopher P1(1),P2(2),P3(3),P4(4),P5(5),P6(6);InitializeCriticalSection (&cs) ; /初始化初始化臨界區(qū)cout<<"-狀態(tài)說明示意圖：-"<<endl;cout<<""<<" 哲學(xué)家 0 號的狀態(tài) &q

14、uot;<<""<<endl;cout<<" 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) "<<"

15、;"<<"叉 1 的狀態(tài)"<<endl;cout<<" 哲學(xué)家 4 號的狀態(tài) "<<""<<" 叉 2 的狀態(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) "

16、;<<""<<endl;cout<<" 餐具的狀態(tài)，“用”表示使用中，“閑”表示空閑中。"<<endl;cout<<"-"<<endl;cout<<" 哲學(xué)家們開始生活： "<<endl;cout<<endl;cout<<endl;while(con='y')P1.Change();P2.Change();P3.Change();P4.Change();P5.Change();P6

17、.Change();cout<<" 當(dāng)前狀態(tài)為： "<<endl;cout<<""<<P1.find()<<print(&P1)<<""<<endl;cout<<P6.find()<<print(&P6)<<""<<toolstatus(tools0)<<""<<toolstatus(tools1)<<"

18、"<<P2.find()<<print(&P2)<<endl;cout<<""<<toolstatus(tools5)<<".學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 ."<<toolstatus(tools2)<<endl;cout<<P5.find()<<print(&P5)<<""<<toolstatus(tools4)<<""<<toolstatus(tools3)<<""<<P3.find()<<print(&P3)<<endl;cout<<" "<<P4.find()<<print(&P4)<<" "<<endl; cout<<"-"<<endl;cout<<" 若要繼