《操作系统》课程设计报告要求Word格式.docx

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顾客有到来,等待和离去三个事件。

店里有固定的椅子数，上面坐着等待的顾客，顾客在到来这个事件时，需判断有没有空闲的椅子，理发师决定要理发或睡觉时，也要判断椅子上有没有顾客。

所以，顾客和理发师之间的关系表现为：

顾客—理发师之间的同步关系表现为：

若无顾客，理发师便在理发椅上睡眠，等待。

顾客到来时，先看等候的顾客数是否少于顾客椅子数，不是则离开，否则就留下来，声称要理发，并且等理发师醒来或闲下来，再理发。

顾客—理发师之间还有互斥关系：

由于等候的顾客数变量是临界资源，所以顾客进屋等待理发时对该变量进行的加1操作，以及理发师起身准备给顾客理发时对该变量进行的减1操作必须互斥。

因此，引入3个信号量和一个控制变量：

（1）控制变量count用来记录在椅子上等候理发的顾客数，由理发师线程和顾客线程共同访问，初值为0;

（2）信号量customers用来记录等候理发的顾客数，并用作阻塞理发师线程，初值为0;

（3）信号量barbers用来记录正在等候顾客的理发师数，并用作阻塞顾客线程，初值为1;

（4）信号量mutex用于互斥对临界变量count的访问，初值为1.

3.2多线程编程原理

Linux系统下的多线程遵循POSIX线程接口，称为pthread。

编写Linux下的多线程程序，需要使用头文件pthread.h，连接时需要使用库libpthread.a，Linux下pthread的实现是通过系统调用clone（）来实现的，clone（）是Linux所特有的系统调用，它的使用方式与fork类似。

在Linux下进行多线程编程要用到pthread_create和pthread_join这两个函数，并声明一个pthread_t型的变量。

3.3创建一个线程

函数pthread_create用来创建一个线程，原型为：

externintpthread_create（（pthread_t*__thread,__constpthread_attr_t*__attr,void*（*__start_routine）（void*）,void*__arg））

第一个参数为指向线程标识符的指针，第二个参数用来设置线程属性，第三个参数是线程运行函数的起始地址，最后一个参数是运行函数的参数。

函数thread不需要参数时，最后一个参数设为空指针。

第二个参数设为空指针时，将生成默认属性的线程。

当创建线程成功时，函数返回0，若不为0则说明创建线程失败，常见的错误返回代码为EAGAIN和EINVAL。

前者表示系统限制创建新的线程，例如线程数目过多了；

后者表示第二个参数代表的线程属性值非法。

创建线程成功后，新创建的线程则运行参数三和参数四确定的函数，原来的线程则继续运行下一行代码。

3.4等待一个线程结束

函数pthread_join用来等待一个线程的结束，函数原型为：

　　externintpthread_join__P（（pthread_t__th,void**__thread_return））;

　　第一个参数为被等待的线程标识符，第二个参数为一个用户定义的指针，它可以用来存储被等待线程的返回值。

这个函数是一个线程阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止，当函数返回时，被等待线程的资源被收回。

3.5信号量

信号量的数据类型为结构sem_t，它本质上是一个长整型的数。

函数sem_init（）用来初始化一个信号量，它的原型为：

externintsem_init__P（（sem_t*__sem,int__pshared,unsignedint__value））;

sem为指向信号量结构的一个指针；

pshared不为０时此信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程共享；

value给出了信号量的初始值。

函数sem_post（sem_t*sem）用来增加信号量的值。

当有线程阻塞在这个信号量上时，调用这个函数会使其中的一个线程不在阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。

函数sem_wait（sem_t*sem）被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0，解除阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少。

函数sem_trywait（sem_t*sem）是函数sem_wait（）的非阻塞版本，它直接将信号量sem的值减一。

3.6伪码实现

intcount=0；

//等候理发的顾客数

intchairs=5；

//为顾客准备的椅子数

semaphoremutex=1；

//用于互斥访问count

semaphorecustomers=0；

//用来记录等候理发的顾客数

semaphorebarbers=1；

//用来记录正在等候顾客的理发师数

barber（）//理发师线程

{

while（true）//判断有无顾客

wait（cutomers）;

//若无顾客,理发师睡眠

wait（mutex）;

//互斥

count--;

//等候顾客数少一个

signal（mutex）;

//释放临界资源

cut_hair;

//正在理发

signal（barber）;

//理发师去为一个顾客理发

}

customer（）//顾客线程

while（true）

wait（mutex）;

//互斥

if（count<

n）

{

count++;

//等候顾客数加1

signal（customers）;

//必要的话唤醒理发师

wait（barber）;

//无理发师,顾客坐着养神

get_haircut;

//顾客坐下等理发师

}

else

//人满了,顾客离开

4.程序采用的数据结构

通过分析课程设计要求，定义以下的数据:

time_tend_time;

//结束时间

sem_tmutex,customers,barbers;

//设定三个信号量mutex,customer,barbers

intcount=0;

//等待理发的顾客数

intchair[5];

//用来标识椅子的状态（是否为空）

5.程序采用的系统调用

＃include<

iostream.h>

windows.h>

random（）;

随机产生顾客的函数

cuthair（）;

理发师的理发函数

gethaircut（）顾客被理发的函数

Barber（）；

理发师线程

Customer（）；

顾客线程

Main（）；

实现线程的操作

6.程序开发及运行环境

系统平台：

windows环境

实现语言：

C++语言

开发工具：

MicrosoftVisualC++6.0

7.程序总体框图

F

T

T

T

FF

F

8.程序各模块的功能

gethaircut（）顾客被理发的函数

9.程序各模块的流程图

9.1理发师（Barber）模块

理发师模块的流程图如下图所示：

9.2顾客（Customer）模块

顾客模块的流程图如下图所示：

10.程序的运行

10.1VC环境下源程序

10.2运行步骤及结果

11.课程设计总结

本次课程设计完成了多线程同步方法理发师问题全部过程。

在Windows下编程通过，在程序中使用了5个顾客和1个理发师线程，个数可以任意地设置。

所有的顾客共享顾客线程函数，理发师用的是理发师线程函数。

每个顾客和理发师都有自定义的用数字串表示的线程标识符，所有的线程同步执行。

从运行的结果可以清晰的看出动态的执行效果，并且每次运行的结果也不同。

通过本次设计，我熟悉了Windows下的多线程编程和信号量实现PV操作的全过程，开拓了思路，锻炼了实践动手能手。

同时，能很好的区分线程和进程的概念，对同步和互斥问题也有了更深一步的理解。

12.参考文献

[1]周峰、周艳计算机操作系统原理教程与实训[M].北京大学出版社2006.1

[2]张尧学计算机操作系统教程（第三版）[M]清华大学出版社2006.10

[3]张丽芬、刘利雄、王全玉等《操作系统实验教程》[M]清华大学出版社。

[4]周湘贞、曾宪权《操作系统原理与实践教程》[M]清华大学出版社。

[5]宋晓宇《Windows操作系统核心编程实验教程》[M]中国铁道出版社。

13.附录

#include<

math.h>

#definerandom（rand（）*10000）/RAND_MAX//定义一个随机函数来产生顾客，并且使个顾客间的时间少于10秒

intlongwaiting（0）;

//正在等待的顾客的数目

intchairs;

//椅子的总数目

charopen_door;

//开门

charclose_door;

//关门

intcount（0）;

//顾客的号码数

intfinish（0）;

//理发完毕的顾客数目

DWORDa;

voidcuthair（）

{

:

Sleep（1000）;

cout<

<

"

理发完成!

endl;

//理发师理发函数，用时10秒

}

voidgethaircut（）

Sleep（1001）;

//顾客被理发的函数，为了和理发师之间有所区别，比理发师理发时间长0.001秒。

第"

finish<

个顾客理发完毕,离开"

HANDLEMutex=:

CreateMutex（NULL,FALSE,"

Mutex"

）;

//用来实现进程的互斥

HANDLEbarbers=:

CreateSemaphore（NULL,1,1,"

barbers"

//定义信号量来进行线程间的同步

HANDLEcustomers=:

CreateSemaphore（NULL,0,3,"

customers"

DWORDWINAPIcustomer（LPVOIDpParm2）//顾客的线程

:

WaitForSingleObject（Mutex,INFINITE）;

//p（mutex）来进行互斥操作

count++;

//来的是第几个顾客

cout<

叮咚！

第"

count<

个顾客来了"

//////////////////////

if（waiting<

chairs）//如果还有椅子可以坐

{

if（waiting!

=0）{

此时有"

waiting<

个人在等待理发"

}

else

没有人在等待"

//输出有多少人在等待

waiting++;

还有"

chairs-waiting+1<

个座位"

有座位，顾客已经坐下"

ReleaseSemaphore（customers,1,NULL）;

//v（customer）

ResumeThread（customers）;

//唤醒理发师进程

ReleaseMutex（Mutex）;

//释放互斥量，以便其他线程使用

WaitForSingleObject（barbers,INFINITE）;

//等待理发

gethaircut（）;

//理发并离开

座位已满，第"

个顾客离开"

//没有椅子，顾客直接离开

return0;

DWORDWINAPIbarber（LPVOIDpParm1）//理发师的线程

while（true）//一直执行

WaitForSingleObject（customers,INFINITE）;

//p（customers），等待顾客

WaitForSingleObject（Mutex,INFINITE）;

//等待互斥量

waiting--;

//等待的人数减一

ReleaseSemaphore（barbers,1,NULL）;

//释放信号量

ResumeThread（barbers）;

//唤醒顾客进程

//v（mutex）;

//理发

finish++;

//理发完毕的顾客数目加一

return0;

intmain（intargc,char*argv[]）

请输入椅子的总数目:

;

cin>

>

chairs;

理发店共有"

chairs<

把椅子"

//设置椅子数目

开门接待顾客吗?

Y/N"

//是否开门营业

open_door;

///////////////////////

while（open_door!

='

y'

）

endl<

********对不起，尚未开门！

********"

//开门接待顾客////////////////////

HANDLEhThread1;

HANDLEhThread2;

hThread2=:

CreateThread（NULL,0,barber,NULL,0,NULL）;

//产生一个理发师进程

//顾客到来////////////////////

while（close_door!

）//不关门，顾客继续到来

Sleep（random）;

//顾客随机到来

//产生一个顾客进程////////////////////

hThread1=:

CreateThread（NULL,0,customer,NULL,a,NULL）;

//产生一个顾客进程

********营业中，欢迎光临！

if（finish>

=4&

&

waiting==0）//如果完成数超过4并且没有人等待

{

已经为"

个顾客理发了，要关门下班吗?

//提示是否关门

cin>

close_door;

returnclose_door;

else;

if（close_door=='

********对不起，暂停营业！