操作系统专业课程设计哲学家进餐问题.doc

目录1设计题目和要求11.1试验目标和设计要求11.2 初始条件12 总体设计思想及相关知识22.1总体设计思想22.2 临界区互斥编程原理32.3开发环境和工具33数据结构和模块说明43.1 数据结构43.2程序各模块步骤图53.2.1 主程序模块53.2.2 状态改变模块63.2.3 返回哲学家状态模块73.2.4 返回餐具状态模块84. 源程序代码95. 测试及结果146. 课设总结16参考文件171设计题目和要求1.1试验目标和设计要求试验目标：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。设计要求：哲学家有N个,也定全体到齐后开始讨论: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。1.2 初始条件（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，饿了就餐，再思索，循环往复。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，tools6，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。EnterCriticalSection (&cs)用来进入临界区，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：VC+6.03数据结构和模块说明3.1 数据结构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：报讯哲学家编号。Status对象：用于保留目前该哲学家状态，0表示正在等候（即处于饥饿状态）1表示得到餐具正在吃饭，2表示正在思索Philosopher(int num)方法：哲学家类结构函数，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：返回哲学家目前状态Change()方法：依据题目要求改变哲学家状态（等候-进餐-思索-等候）另外，程序中包含一个公有对象，bool类型数组tools6，用来保留6把餐目前状态：true表示该餐具目前空闲，false表示该餐具目前正被使用。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状态，toolstatus用来返回一个餐具状态。3.2程序各模块步骤图3.2.1 主程序模块图3-2 主程序模块步骤图3.2.2 状态改变模块图3-3 状态改变模块Change()步骤图3.2.3 返回哲学家状态模块图3-4 返回哲学家状态模块print()步骤图3.2.4 返回餐具状态模块图3-5 返回餐具状态模块toolstatus(bool a)步骤图4. 源程序代码/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。/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。#include #include #include #include #include using namespace std; bool tools6;/全局变量，用餐工具CRITICAL_SECTION cs; /信号量, 在线程中使用，临界区class Philosopher private: int number;int status; /*标识目前哲学家状态,0表示正在等候(即处于饥饿状态),1表示得到两支筷子正在吃饭,2表示正在思索*/public:Philosopher(int num=0): status(2), number(num) int find() const return number; int getinfo() const return status; void Change() ; /状态改变函数; void Philosopher:Change() EnterCriticalSection (&cs) ; /进入临界区if(status=1)/正在进餐toolsnumber%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(toolsnumber%6&tools(number-1)%6) /左右手两边工具均为空闲状态toolsnumber%6=false; /拿起左手工具tools(number-1)%6=false; /拿起右手工具status=1; LeaveCriticalSection (&cs) ; string print(Philosopher *pA) /pA-Change(); int i=pA-getinfo(); string str; if(i=0) str=等候; else if(i=1) str=就餐; else str=思索; return str; string toolstatus(bool a)string state;if(a=true)state=闲;if(a=false)state=用;return state;int main() char con = y; /判定是否继续for(int i=0;i6;i+) toolsi=true; /3组刀叉全部未使用，初始化Philosopher P1(1),P2(2),P3(3),P4(4),P5(5),P6(6); InitializeCriticalSection (&cs) ; /初始化初始化临界区cout-状态说明示意图：-endl;cout哲学家0号状态endl;cout哲学家5号状态叉3状态刀1状态哲学家1号状态endl;cout 刀3状态 叉1状态endl;cout哲学家4号状态叉2状态刀2状态哲学家2号状态endl;cout哲学家3号状态endl;cout餐具状态，“用”表示使用中，“闲”表示空闲中。endl;cout-endl;cout哲学家们开始生活：endl;coutendl;coutendl;while(con=y) P1.Change();P2.Change();P3.Change();P4.Change();P5.Change();P6.Change();cout目前状态为：endl;coutP1.find()print(&P1)endl;coutP6.find()print(&P6)toolstatus(tools0)toolstatus(tools1)P2.find()print(&P2)endl;cout toolstatus(tools5) toolstatus(tools2)endl;coutP5.find()print(&P5)toolstatus(tools4)toolstatus(tools3)P3.find()print(&P3)endl;coutP4.find()print(&P4)endl;cout-endl;coutcon;Sleep(20); DeleteCriticalSection (&cs) ; /退出资源区return 0; 5. 测试及结果图5-1 程序运行开始界面图5-2 哲学家状态1图5-3 哲学家状态2图5-4 哲学家状态3图5-5 哲学家状态4图5-6 退出程序6. 课设总结经过了前后共2周时间，我完成了这次课程设计。经过这次课程设计，我学到了很多书本上学不到知识，注意到了很多书本上没有提到东西。而且，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。设计中总会碰到这么那样问题，碰到问题势必需自己分析问题，经过多种渠道处理问题，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能力。有些时候，学习到知识是次要，关键是学习知识方法。参考文件1宗大华，宗涛，陈吉人著. 操作系统. 北京：人民邮电出版社，2李爱华，程磊著. 面相对象程序设计（C+语言）. 北京: 清华大学出版社，