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

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：

______130211400XX_____________________

专业：

______计算机科学与技术________________

班级：

______一班___________________________

指导教师：

_______王红___________________________

_2016年__3___月

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筷子。

如果他身边的任何一位正在使用筷子，那他只有等着。

如下图：

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。

二、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（CriticalSection）。

每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区（CriticalSection）（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

否

是

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家的状态，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（intnum）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：

返回哲学家当前状态

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

#include

#include

usingnamespacestd;//控制活动线程数目的信号量（保护线程共享资源）

booltools[6];//全局变量，用餐工具

CRITICAL_SECTIONcs;//信号量,在线程中使用，临界区

classPhilosopher

{

private:

intnumber;

intstatus;/*标记当前哲学家的状态,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:

Philosopher（intnum=0）:

status

（2）,number（num）{}

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;//放下左手工具

tools[（number-1）%6]=true;//放下右手工具

status=2;//改变状态为思考

}

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）;

}

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="闲";

if（a==false）

state="用";

returnstate;

}

intmain（）

{

charcon='y';//判断是否继续

for（inti=0;i<6;i++）

tools[i]=true;//3组筷子都未使用，初始化

PhilosopherP1

（1）,P2

（2）,P3（3）,P4（4）,P5（5）,P6（6）;

InitializeCriticalSection（&cs）;//初始化初始化临界区

cout<<"哲学家们开始生活：

"<

cout<

cout<

while（con=='y'）

{

P1.Change（）;

P2.Change（）;

P3.Change（）;

P4.Change（）;

P5.Change（）;

P6.Change（）;

cout<<"当前状态为：

"<

cout<<""<

cout<

cout<<""<

cout<

cout<<""<

cout<<"--------------------------"<

cout<<"若要继续下一状态，输入y；输入其他，结束程序：

";

cin>>con;

Sleep（20）;

}

DeleteCriticalSection（&cs）;//退出资源区

return0;

}

五、系统测试及调试

初始状态

状态一

状态二

状态三

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.