操作系統(tǒng)課程設(shè)計-哲學(xué)家進餐問題

操作系統(tǒng)課程設(shè)計課程設(shè)計題目:哲學(xué)家進餐問題姓 名：專 業(yè)：班 級：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：2014年6月10日目錄1．設(shè)計題目與要求 21.1實驗?zāi)康?21.2初始條件...........................................................................................錯誤！未定義書簽。2總體設(shè)計思想及相關(guān)知識 32.1總體設(shè)計思想 32.2臨界區(qū)互斥編程原理 42.3開發(fā)環(huán)境與工具 33模塊說明 33.1狀態(tài)改變模塊 44. 部分源程序代碼及測試結(jié)果 65.課設(shè)總結(jié) 9參考文獻 911．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。C++進行線程的創(chuàng)建與撤銷代碼相對來說比較簡單，因為封裝比較多，我們能做的就是創(chuàng)建與調(diào)用。當(dāng)然，代碼中也有一些復(fù)雜的地方，不是對線程的操作，而是關(guān)于界面的顯示與操作，單個線程容易創(chuàng)建與撤銷，但難的是合理的“監(jiān)控”與組織多個線程并及時進行狀態(tài)的顯示。雖然用程序語言實現(xiàn)了進程創(chuàng)建（當(dāng)然，這是在并不會理論的情況下），但還是沒弄清理論的實質(zhì)?？赡芾碚摳橄笮┌?。在平常的編程中，雖然經(jīng)常遇到過要使用多線程的問題，但沒有去試過從操作系統(tǒng)的角度去考慮線程的運行，在以后的學(xué)習(xí)中，我想還是會深入了解與學(xué)習(xí)這方面的東西的。1.2設(shè)計要求哲學(xué)家有N個，也定全體到達(dá)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）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：2圖1-1哲學(xué)家進餐問題設(shè)定圖總體設(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，就餐，再思考，往復(fù)循環(huán)。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”->“思考”的行動循環(huán)。其中：3“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。“進餐”->“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，tools[6]，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)（ CriticalSection）。每個進程中訪問臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)（CriticalSection）（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)兩個函數(shù)實現(xiàn)臨界區(qū)互斥，臨界區(qū)用EnterCriticalSection(&cs)來進入，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：WINDOW環(huán)境實現(xiàn)語言：C++開發(fā)工具：VisualC++6.03.模塊說明本人在此次課程設(shè)計中，打開 visualC++——》新建——》 project——》win32 console4application 建立一個 zxm工程。利用工作區(qū)間打開 zxm.cpp編譯。Philosopher-number:int-status:int+Philosopher(innum:int)+find()const:int+getinfo()const:int+Change():void圖3-1 哲學(xué)家類的 UML圖（該圖闡述了 zxm.cpp文件的主要結(jié)構(gòu)：創(chuàng)建一個philosopher類，在 philosopher類中定義了 status、number整型成員變量。Philosopher（）構(gòu)造函數(shù)，find()、getinfo()、change()成員函數(shù)）5圖3-3狀態(tài)改變模塊Change()流程圖6部分源程序代碼部分源代碼：voidPhilosopher::Change() //Philosopher 類中change成員函數(shù){EnterCriticalSection(&cs) //進入臨界區(qū)if(status==1)//正在進餐{tools[number%5]=true; //放下左手工具tools[(number-1)%5]=true; //放下右手工具status=2; //改變狀態(tài)為思考}elseif(status==2)//思考中{status=0; //改變狀態(tài)為等待}elseif(status==0)//等待中{if(tools[number%5]&&tools[(number-1)%5]) //左右手兩邊工具均為空閑狀態(tài){tools[number%5]=false; //拿起左手工具tools[(number-1)%5]=false; //拿起右手工具status=1;}}LeaveCriticalSection(&cs)}7測試及結(jié)果圖5-1程序運行開始界面8課設(shè)總結(jié)經(jīng)過了前后共 1周的時間，我們小組三人艱辛的完成了這次課程設(shè)計。由開始的蘋果問題到現(xiàn)在所解決的哲學(xué)家進餐問題，不僅體現(xiàn)了我的應(yīng)急能力差，還反映出了對操作系統(tǒng)這門功課理解的不到位，沒有真正理解進程和線程的創(chuàng)建與作用，線程的同步與互斥。通過這次課程設(shè)計，我學(xué)到了許多課本學(xué)到的知識和課本上學(xué)不到的問題，體會到了對一個團隊來說合作才是最重要的，就算你一個人沒日沒夜的做也不如大家一起思考一個小時。聰明的人往往是能很好的利用身邊的人和資源。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，鍛煉了通過理論解決實際問題的能力。正所謂“實踐出真知” ，有些代碼看上去沒什么問題，但是實際運行起來就是不出正確結(jié)果。代碼內(nèi)部可能存在邏輯或語法等方面我們平時不會注意到的小問題，通過這次課程設(shè)計，我積累了不少這樣小問題的解決方法。有些時候，學(xué)習(xí)到的知識是次要的，重要的是學(xué)習(xí)知識的方法。知識是死的，人事活著的。死讀書就是讀死書，作為一個當(dāng)代大學(xué)生，我們應(yīng)該充實發(fā)揮大腦，靈活運用、參考文獻《計算機操作系統(tǒng)》湯子瀛，哲