操作系统课程设计哲学家进餐问题.docx
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操作系统课程设计哲学家进餐问题.docx
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操作系统课程设计哲学家进餐问题
潍坊学院计算机工程学院
课程设计说明书
课程名称:
操作系统课程设计
设计项目:
哲学家就餐问题
学生姓名:
_xxxxxx
学号:
专业:
计算机科学与技术
班级:
一班__
指导教师:
_2016年_3__月
一、任务与具体要求
哲学家有N个,规定全体到齐后开始讨论,在讨论的间隙哲学
家进餐,每人进餐时都需使用刀、叉合一把,所有哲学家刀和
叉都拿到后才能进餐。
哲学家的人数、餐桌上的布置自行设定,实现刀和叉的互斥使用算法的程序实现。
二、设计说明书包括的内容
1•需求分析2•系统概要设计3•系统详细设计4•系统的主要源代码5•系统测试及调试6•总结7•主要参考文献
三、应完成的图纸
四、评语及成绩
指导教师(签字)
年_月日
一、需求分析1
二、系统概要设计2
三、系统详细设计4
四、系统的主要源代码6
五、系统测试及调试_3
六、总结17
七、主要参考文献17
一、需求分析
有一个故事是这样的:
假设有五位哲学家围坐在一张圆形餐桌旁,做以下两件事情之一:
吃饭,或者思考。
吃东西的时候,他们就停止思考,思考的时候也停止吃东西。
餐桌中间有一大碗意大利面,每两个哲学家之间有一只餐叉。
因为用一只餐叉很难吃到意大利面,所以假设哲学家必须用两只餐叉吃东西。
他们只能使用自己左右手边的那两只餐叉。
上边的故事里有五个哲学家(不过我们写的程序可以有N个哲学家),这些哲学家们只思考或吃饭,他们思考的时候不需要任何共享资源,但是吃饭的时候就必须使用餐具,而餐桌上的餐具是有限的,故事里,餐具是叉子,吃饭的时候要用两把叉子把面条从碗里捞出来。
很显然把叉子换成筷子会更合理,因为一个哲学家需要两根筷子才能吃饭。
现在引入问题:
有六个哲学家很穷,只买得起六根筷子。
他们坐成一圈,
两个人的中间放一根筷子。
哲学家吃饭的时候必须同时得到左手边和右手边的
A4A
.学习帮手.
1、2、3、4、5、6为哲学家A为一根筷子
以上就为我们要处理的哲学家就餐问题,接下来将编写程序模拟解决这个问题。
、系统概要设计
2.1设计一个程序,能够显示当前各哲学家的状态和桌上餐具的使用情况,并能无死锁的推算出一状态各哲学家的状态和桌上餐具的使用情况。
即设计一
个能安排哲学家正常生活的程序。
为哲学家设计3种状态,即等待”进餐”思考”。
每个哲学家重复进行等待'->进餐”->思考”的行动循环。
其中:
等待”->进餐”:
只有一个哲学家处于等待进餐状态,且左右手两边的餐具都处于空闲”状态时,可以发生这种状态改变。
此状态改变发生后,哲学家拿起左右手两边的餐具。
进餐”->思考”:
此状态改变发生后,哲学家放下左右手上的餐具。
餐具状态由使用中”转变为空闲”。
思考”->等待”:
哲学家思考结束后,无条件转入等待状态。
由上所述,程序中应设置6个元素的信号量数组用来保持哲学家之间的同步。
2.2系统平台、语言及工具
(1)操作系统:
Windows
(2)程序设计语言:
C++
(3)工具:
VC++6.0
2.3不论是硬件临界资源,还是软件临界资源,多个进程必须互斥地对它进行访问。
每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区(Critical
Section)。
每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区(Critical
Section)(临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源)。
每次只准许一个进程进入临界区,进入后不允许其他进程进入。
不论是硬件临界资源,还是软件临界资源,多个进程必须互斥地对它进行访问。
三、系统详细设计
开始
结束
程序中定义一个哲学家类
,包含两个私有对象和四个公有对象。
Number对象:
哲学家的编号。
Status对象:
用于保存当前该哲学豕的状态,0表示正在等待
(即处于饥饿状态)1表示得到筷子正在吃饭,2
表示正在思考
Philosopher©ntnum)方法:
哲学家类构造函数,参数num表示哲学家编号
find()const方法:
返回该哲学家编号
getinfo()const方法:
返回哲学豕当前状态
Change()方法:
根据题目要求改变哲学家的状态(等待->进餐->
思考->等待)
另外,程序中包含一个公有对象,bool类型数组tools[6],用来保存6根筷子当前状态:
true表示该筷子当前空闲,false表示该筷子当前正被使用。
程序中还包含两个公有函数:
print和toolstatus。
Print用来返回一个哲学家的状态,toolstatus用来返回一根筷子的状态。
四、系统的主要源代码
#include
#include
#include
#inelude
#inelude
booltools[6];
usingnamespacestd;//控制活动线程数目的信号量(保护线程共享资源)
//全局变量,用餐工具
CRITICAL_SECTIONcs;//信号量,在线程中使用,临界区classPhilosopher
{
intstatus;
private:
intnumber;
/*标记当前哲学豕的状态,0表示正在等待(即
处于饥饿状态),1表示得到两支筷子正在吃饭,2表示正在思考*/
public:
number(num){}
Philosopher©ntnum=0):
status
(2),
intfind()const{returnnumber;}
intgetinfo()const{returnstatus;}
voidChange();//状态改变函数
};
voidPhilosopher:
:
Change()
{
EnterCriticalSection(&cs);//进入临界区if(status==1)//正在进餐
{
tools[number%6]=true;//放下左
tools[(number-1)%6]=true;//放
}
elseif(status==2)//思考中
{
status=0;//改变状态为等待}
elseif(status==0)//等待中
if(tools[number%6]&&tools[(number-1)%6])
//左右手两边工具均为空闲状态
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);
stringprin"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="闲";if(a==false)state="用";returnstate;
intmain()
{
for(inti=0;i<6;i++)
tools[i]=true;〃3组筷子都未使用,初始化
Philosopher
P1
(1),P2
(2),P3(3),P4⑷,P5(5),P6(6);
InitializeCriticalSection(&cs);//初始化初始化
临界区
coutvv"哲学家们开始生活:
"vvendl;
cout«endl;
coutvvendl;
while(con=='y')
{
Pl.Change();
P2.Change();
P3.Change();
P4.Change();
P5.Change();
P6.Change();
coutvv"当前状态为:
"< cout«" "vvP1.find()vvprint(&P1)<<" "< coutvvP6.find()< "vvtoolstatus(tools[0])v<" "v "vvP2.find()< cout<<""vvtoolstatus(tools[5])vv" "vvtoolstatus(tools[2])vvendl;coutvvP5.find()vvprint(&P5)vv""vvtoolstatus(tools[4])vv""vvtoolstatus(tools[3])vv""vvP3.find()vvprint(&P3)vvendl;coutvv""vvP4.find()vvprint(&P4)vv""vvendl; coutvv""vvendl; 他,结束程序: "; coutvv"若要继续下一状态,输入y;输入其 cin>>con; Sleep(20); 五、系统测试及调试 DeleteCriticalSection(&cs);//退出资源区return0; 初始状态 状态一 状态 状态二 状态四 状态五 退出 六、总结 通过这次课程设计,我学到了许多课本上学不到的知识,注意到了许多课本上没有提到的东西,而且使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 在设计的过程中发现了自己的不足之处,对一些前面学过的知识理解得不够深刻的,通过这一个星期的课程设计,通过程序的编写发现有了进一步的理解,其中也明白了很多道理,哲学家进餐问题从理论上讲很容易,就6个人只有6个筷子,要实现他们吃通心面的有序性,但要用程序来模拟远非文字的叙述那么简单,但还是可以实现的,尽管不是很容易的实现了。 其中蕴含哲理,只要能用想出来,就可以用程序把他编处理。 设计中总会遇到这样那样的问题,遇到问题势必要自己分析问题,通过各种渠道解决问题,比如利用互联网。 这次课程设计也加强了我上网查数检索问题的能力。 有些时候,学习到的知识是次要的,重要的是学习知识的方法。 七、主要参考文献 [1]王红主编操作系统原理及应用(Linux)清华大学出版社,2013 [2]李爱华,程磊著面相对象程序设计(C++语言)清华大学出版社,2010 [3]梁红兵,汤小丹,汤子瀛计算机操作系统学习指导与题解(第二版)西安电子科技 大学出版社,2008.
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- 操作系统 课程设计 哲学家 进餐 问题
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