操作系統(tǒng)課程設(shè)計-哲學家進餐問題

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1.設(shè)計題目與要求 1\o"CurrentDocument"1.1實驗目的 1\o"CurrentDocument"1.3初始條件 1\o"CurrentDocument"2總體設(shè)計思想及相關(guān)知識 2\o"CurrentDocument"2.1總體設(shè)計思想 2\o"CurrentDocument"2.2臨界區(qū)互斥編程原理 2\o"CurrentDocument"2.3開發(fā)環(huán)境與工具 3\o"CurrentDocument"3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與模塊說明 3\o"CurrentDocument"3.1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 5\o"CurrentDocument"3.2.2狀態(tài)改變模塊 6\o"CurrentDocument"3.2.3返回哲學家狀態(tài)模塊 .7\o"CurrentDocument"3.2.4返回餐具狀態(tài)模塊 8\o"CurrentDocument"源程序代碼 9\o"CurrentDocument"測試及結(jié)果 14\o"CurrentDocument"課設(shè)總結(jié) 16\o"CurrentDocument"參考文獻 171.設(shè)計題目與要求1.1實驗目的通過實現(xiàn)哲學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)計要求哲學家有N個，也定全體到達后開始討論：在討論的間隙哲學家進餐，每人進餐時都需使用刀、叉各一把，所有哲學家刀和叉都拿到后才能進餐。哲學家的人數(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家，三對刀叉，如下圖擺放:哲學家編號圖1-1哲學家進餐問題設(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。要求是：每一個哲學家只有在拿到位于他左右的刀叉后，才能夠就餐；哲學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，也不能從其他哲學家手中搶奪餐具；哲學家每次就餐后必須放下他手中的兩把餐具后恢復思考，不能強抓住餐具不放。設(shè)計一個程序，能夠顯示當前各哲學家的狀態(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)計一個能安排哲學家正常生活的程序。為哲學家設(shè)計3種狀態(tài)，即“等待”“進餐”“思考”。每個哲學家重復進行“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，程序中應設(shè)置6個元素的信號量數(shù)組，tools[6]，用來保持哲學家之間的同步。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：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(innum:int)+find()const:int+getinfo()const:int+Change():void圖3-1哲學家類的UML圖程序中定義一個哲學家類，包含兩個私有對象和四個公有對象。Number對象：報訊哲學家的編號。Status對象：用于保存當前該哲學家的狀態(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(intnum)方法：哲學家類構(gòu)造函數(shù)，參數(shù)num表示哲學家編號find()const方法：返回該哲學家編號getinfo()const方法：返回哲學家當前狀態(tài)Change()方法：根據(jù)題目要求改變哲學家的狀態(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tools[6]，用來保存6把餐當前狀態(tài)：true表示該餐具當前空閑，false表示該餐具當前正被使用。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主程序模塊是結(jié)束圖3-2主程序模塊流程圖3.2.2狀態(tài)改變模塊圖3-3狀態(tài)改變模塊Change()流程圖3.2.3返回哲學家狀態(tài)模塊圖3-4返回哲學家狀態(tài)模塊print()流程圖3.2.4返回餐具狀態(tài)模塊圖3-5返回餐具狀態(tài)模塊toolstatus(boola)流程圖源程序代碼//實驗目的：通過實現(xiàn)哲學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：哲學家有N個，也定全體到達后開始討論：在討論的間隙哲學家進餐，//每人進餐時都需使用刀、叉各一把，所有哲學家刀和叉都拿到后才能進餐。哲學家的人數(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>usingnamespacestd;booltools[6]; 〃全局變量，用餐工具CRITICAL_SECTIONcs;//信號量，在線程中使用，臨界區(qū)classPhilosopher{private:intnumber;intstatus;/*標記當前哲學家的狀態(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(intnum=0):status(2),number(num){}intfind()const{returnnumber;}intgetinfo()const{returnstatus;}voidChange(); 〃狀態(tài)改變函數(shù)};voidPhilosopher::Change(){EnterCriticalSection(&cs);〃進入臨界區(qū)if(status==1)//正在進餐{tools[number%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}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%6]&&tools[(number-1)%6]) //左右手兩邊工具均為空閑狀態(tài){tools[number%6]=false;〃拿起左手工具tools[(number-1)%6]=false;〃拿起右手工具status=1;}}LeaveCriticalSection(&cs);}stringprint(Philosopher*pA){//pA->Change();inti=pA->getinfo();stringstr;if(i==0)str="等待"；elseif(i==1)str="就餐"；elsestr="思考"；returnstr;}stringtoolstatus(boola){stringstate;if(a==true)state="閑"；if(a==false)state="用”；returnstate;}intmain(){charcon='y';〃判斷是否繼續(xù)for(inti=0;i<6;i++)tools[i]=true;//3組刀叉都未使用，初始化PhilosopherP1(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<<" "<<"哲學家0號的狀態(tài)"<<" "<<endl;cout<<"哲學家5號的狀態(tài)"<<" "<<"叉3的狀態(tài)"<<" "<<"刀1的狀態(tài)"<<" "<<"哲學家1號的狀態(tài)"<<endl;cout<<""<<"刀3的狀態(tài)"<<" "<<"叉1的狀態(tài)"<<endl;cout<<"哲學家4號的狀態(tài)"<<" ,,<<,,叉2的狀態(tài)"<<" "<<"刀2的狀態(tài)<<" "<<"哲學家2號的狀態(tài)"<<endl;cout<<" "<<"哲學家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;cout<<" "<<endl;cout<<"哲學家們開始生活："<<endl;cout<<endl;cout<<endl;while(con=='y'){P1.Change();P2.Change();P3.Change();P4.Change();P5.Change();P6.Change();cout<<"當前狀態(tài)為："<<endl;cout<<""<<P1.find()<<print(&P1)<<" "<<endl;cout<<P6.find()<<print(&P6)<<""<<toolstatus(tools[0])<<""<<toolstatus(tools[1])<<""<<P2.find()<<print(&P2)<<endl;cout<<""<<toolstatus(tools[5])<<”"<<toolstatus(tools[2])<<endl;cout<<P5.find()<<print(&P5)<<""<<toolstatus(tools[4])<<”"<<toolstatus(tools[3])<<""<<P3.find()<<print(&P3)<<endl;cout<<" "<<P4.find()<<print(&P4)<<" "<<endl;cout<<" "<<endl;cout<<"若要繼續(xù)下一狀態(tài)，輸入尸；輸入其他，結(jié)束程序：";cin>>con;Sleep(20);}DeleteCriticalSection(&cs);//退出資源區(qū)return0;}

測試及結(jié)果m■ ■進錚司?XC^bugftphilg叩her.exe*哲學家5導的狀態(tài) 叉3的狹態(tài)京的就態(tài)哲學索礙的狀態(tài) 叉珊哧超折萱—航龍■"i兄二.=TF扁.圖1..一哲磊定的狀戀- 刀土的狀態(tài)即的狀態(tài)m的狀態(tài)哲粽1號的狀態(tài)餐旱的狀態(tài)，“用"先示使用中,哲學家2號的狀態(tài)互學家們開始生活'1等待當前艾1等待&等祥善待嚅待3善待嚅待3輯待樗?奧的狀態(tài)，“用'’表示使甲中.哲學家們開始生淘號前武態(tài)制詩待蟠待kl閑籍待閉閑，薯祎國3等待結(jié)更割禮V&等待螺待用用用卜朝禪用