操作系统优秀课程设计哲学家进餐问题.doc

操作系统课程设计
课程设计题目:哲学家进餐问题
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6月10日

目录

1．设计题目和要求 2
1.1试验目标 2
1.2初始条件 2
2 总体设计思想及相关知识 3
2.1总体设计思想 3
2.2 临界区互斥编程原理 3
2.3开发环境和工具 3
3模块说明 3
3.1 状态改变模块 4
4. 部分源程序代码及测试结果 6
5. 课设总结 7
参考文件 8

1．设计题目和要求
1.1试验目标
经过实现哲学家进餐问题同时,深入了解和掌握进程同时和互斥原理。
用C++进行线程创建和撤销代码相对来说比较简单，因为封装比较多，我们能做就是创建和调用。当然，代码中也有部分复杂地方，不是对线程操作，而是相关界面显示和操作，单个线程轻易创建和撤销，但难是合理“监控”和组织多个线程并立即进行状态显示。即使用程序语言实现了进程创建（当然，这是在并不会理论情况下），但还是没搞清理论实质。可能理论更抽象些吧。在日常编程中，即使常常碰到过要使用多线程问题，但没有去试过从操作系统角度去考虑线程运行，在以后学习中，我想还是会深入了解和学习这方面东西。

1.2设计要求
哲学家有N个，也定全体抵达后开始讨论：在讨论间隙哲学家进餐，每人进餐时全部需使用刀、叉各一把，全部哲学家刀和叉全部拿到后才能进餐。哲学家人数、餐桌上部署自行设定，实现刀和叉互斥使用算法程序实现。
（1）操作系统：windows
（2）程序设计语言：C++
（3）设定圆桌上有六个哲学家，三对刀叉，以下图摆放：

图1-1 哲学家进餐问题设定图
2 总体设计思想及相关知识
2.1总体设计思想
哲学家生活就是思索和吃饭，即思索，就餐，再思索，往复循环。要求是：每一个哲学家只有在拿到在她左右刀叉后，才能够就餐；哲学家只能先拿一把刀或叉，再去拿另一把刀或叉，而不能同时去抓她旁边两把餐具，也不能从其它哲学家手中抢夺餐具；哲学家每次就餐后必需放下她手中两把餐具后恢复思索，不能强抓住餐具不放。
设计一个程序，能够显示目前各哲学家状态和桌上餐具使用情况，并能无死锁推算出下一状态各哲学家状态和桌上餐具使用情况。即设计一个能安排哲学家正常生活程序。
为哲学家设计3种状态，即“等候”“进餐”“思索”。每个哲学家反复进行“等候”->“进餐”->“思索”行动循环。其中：
“等候”->“进餐”：只有一个哲学家处于等候进餐状态，且左右手两边餐具全部处于“空闲”状态时，能够发生这种状态改变。此状态改变发生后，哲学家拿起左右手两边餐具。
“进餐”->“思索”：此状态改变发生后，哲学家放下左右手上餐具。餐具状态由“使用中”转变为“空闲”。
“思索”->“等候”：哲学家思索结束后，无条件转入等候状态。
由上所述，程序中应设置6个元素信号量数组，tools[6]，用来保持哲学家之间同时。

2.2 临界区互斥编程原理
不管是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必需互斥地对它进行访问。每个进程中访问临界资源那段代码称为临界区（Critical Section）。
每个进程中访问临界资源那段程序称为临界区（Critical Section）（临界资源是一次仅许可一个进程使用共享资源）。每次只准许一个进程进入临界区，进入后不许可其它进程进入。不管是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必需互斥地对它进行访问。
本程序关键使用了EnterCriticalSection (&cs)和LeaveCriticalSection (&cs)两个函数实现临界区互斥，临界区用EnterCriticalSection (&cs)来进入，LeaveCriticalSection (&cs)用来离开临界区。
2.3开发环境和工具
系统平台：WINDOW环境
实现语言：C++
开发工具：Visual C++6.0
3.模块说明
本人在此次课程设计中，打开visual C++——》新建——》project——》win32 console application 建立一个zxm工程。利用工作区间打开zxm.cpp编译。
Philosopher
-number:int
-status:int
+Philosopher(in num:int)
+find() const:int
+getinfo() const:int
+Change():void
图3-1 哲学家类UML图（该图叙述了zxm.cpp文件关键结构：创建一个philosopher类，在philosopher类中定义了status、number整型组员变量。Philosopher（）结构函数，find()、getinfo()、change()组员函数）

图3-3 状态改变模块Change()步骤图

4. 部分源程序代码
部分源代码：
void Philosopher::Change() //Philosopher类中change组员函数
{
EnterCriticalSection (&cs) //进入临界区
if(status==1) //正在进餐
{
tools[number%5]=true; //放下左手工具
tools[(number-1)%5]=true; //放下右手工具
status=2; //改变状态为思索
}
else if(status==2) //思索中
{
status=0; //改变状态为等候
}
else if(status==0) //等候中
{
if(tools[number%5]&&tools[(number-1)%5]) //左右手两边工具均为空闲状态
{
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)
}
5. 测试及结果

图5-1 程序运行开始界面
6. 课设总结
经过了前后共1周时间，我们小组三人艰辛完成了这次课程设计。由开始苹果问题到现在所处理哲学家进餐问题，不仅表现了我应急能力差，还反应出了对操作系统这门功课了解不到位，没有真正了解进程和线程创建和作用，线程同时和互斥。
经过这次课程设计，我学到了很多书本学到知识和书本上学不到问题，体会到了对一个团体来说合作才是最关键，就算你一个人没日没夜做也不如大家一起思索一个小时。
聪慧人往往是能很好利用身边人和资源。经过这次设计，我得到了一个很好理论联络实际机会，锻炼了经过理论处理实际问题能力。正所谓“实践出真知”，有些代码看上去没什么问题，不过实际运行起来就是不出正确结果。代码内部可能存在逻辑或语法等方面我们平时不会注意到小问题，经过这次课程设计，我积累了不少这么小问题处理方法。有些时候，学习到知识是次要，关键是学习知识方法。知识是死，人事活着。死读书就是读死书，作为一个现代大学生，我们应该充实发挥大脑，灵活利用、
参考文件
1. 《计算机操作系统》汤子瀛，哲凤屏西安电子科技大学学出版社
2. .《操作系统原理和实践教程》周湘贞、曾宪权编，清华大学出版社。
3 张丽芬，刘利雄《操作系统试验教程》清华大学出版社
4,《操作系统教程－－原理和实例分析》孟静编，高等教育出版社
5.《Windows操作系统关键编程试验教程》，宋晓宇编，中国铁道出版社。
6《操作系统试验教程》，张丽芬、刘利雄、王全玉等编，清华大学出版社。