進(jìn)程之間的同步互斥與通信理發(fā)師問題操作系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p><b>　　操作系統(tǒng)課程設(shè)計</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1. 課程設(shè)計目的3</p><p><b>　　2. 設(shè)計要求3</b></p><p>　　3. 問題具體描述3</p><p

2、><b>　　4. 設(shè)計分析3</b></p><p><b>　　5. 設(shè)計分工4</b></p><p>　　6. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明4</p><p>　　7. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明4</p><p>　　8. 系統(tǒng)調(diào)用說明4</p><p>　　9. 分工設(shè)計說明

3、5</p><p>　　10. 算法流程圖5</p><p>　　11. 分工代碼6</p><p>　　12. 整體代碼7</p><p>　　13. 程序運行10</p><p><b>　　14. 總結(jié)11</b></p><p><b>　　課程

4、設(shè)計目的</b></p><p>　　1.內(nèi)容圍繞操作系統(tǒng)原理中最重要的基本概念和基本原理展開</p><p>　　2.鞏固對原理知識的學(xué)習(xí)效果</p><p>　　3.加深對基本概念的理解</p><p>　　4.學(xué)習(xí)如何將基本原理和實際設(shè)計、應(yīng)用有機結(jié)合</p><p>　　5.鍛煉本專業(yè)的基本能力&l

5、t;/p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　1： 進(jìn)程間通信、并發(fā)(同步/互斥)、文件讀寫</p><p>　　2： 內(nèi)存管理、Dll、Windows消息機制、IO （尚未最終定型）</p><p><b>　　問題具體描述</b></p><p>　　1

6、.完成N個生產(chǎn)者和M個消費者之間的并發(fā)控制，N、M不低于5，數(shù)據(jù)發(fā)送和接收緩沖區(qū) 大小不小于10個。</p><p>　　2.某個生產(chǎn)者進(jìn)程生產(chǎn)的消息供K個消費者進(jìn)程消費。K《=M。某些消費進(jìn)程消費多個生產(chǎn)者生產(chǎn)的消息。生產(chǎn)者和消費者之間的對應(yīng)關(guān)系可以在程序開始有一個文件中讀入，也可以動態(tài)調(diào)整。</p><p>　　3.每個生產(chǎn)進(jìn)程生產(chǎn)M個消息后結(jié)束運行。如果一個消費者進(jìn)程沒有對應(yīng)的生產(chǎn)者

7、進(jìn)程在運行后，也結(jié)束運行。</p><p><b>　　設(shè)計分析</b></p><p>　　課程設(shè)計的主要目的是了解并且掌握進(jìn)程之間的同步互斥，和進(jìn)程之間的通信問題。結(jié)合課本上的生產(chǎn)者與消費者問題可以從這方面來實現(xiàn)一個多進(jìn)程的小系統(tǒng)，并且解決多個進(jìn)程之間的通信，并發(fā)等問題，以此來達(dá)到課程設(shè)計的目的。理發(fā)師問題是將顧客看做生產(chǎn)者，將理發(fā)師作為消費者。設(shè)置一定數(shù)量的椅子

8、的數(shù)目來作為緩存區(qū)的大小。顧客來到的時候坐在椅子上，將自己作為“產(chǎn)品”，理發(fā)師理發(fā)的時候從椅子上叫走顧客，相當(dāng)于消費“產(chǎn)品”，從而達(dá)到了課程設(shè)計要求的前一個要求。</p><p>　　顧客作為生產(chǎn)者，每到來一個就使計數(shù)器count增加1，以便讓理發(fā)師理發(fā)（相當(dāng)于消費）至最后一個顧客（相當(dāng)于產(chǎn)品）。并且，第1個到來的顧客應(yīng)負(fù)責(zé)喚醒理發(fā)師；如果不是第1個到達(dá)的顧客，則在有空椅子的情況下坐下等待，否則離開理發(fā)店（該消息

9、可由計數(shù)器count獲得）。主要有以下一些函數(shù)來實現(xiàn)整個問題的實現(xiàn)過程：</p><p>　　用隨機函數(shù)random()來產(chǎn)生進(jìn)入理發(fā)店的顧客。</p><p>　?。?）定義理發(fā)師的理發(fā)函數(shù)cuthair()用來實現(xiàn)理發(fā)操作。</p><p>　　（3）定義顧客被理發(fā)的函數(shù)gethaircut()用來實現(xiàn)顧客被理發(fā)的操作。</p>&l

10、t;p>　　（4）用顧客線程customer實現(xiàn)對顧客行為的控制。</p><p>　?。?）用理發(fā)師線程barber實現(xiàn)對理發(fā)師行為的控制。</p><p>　?。?）定義主函數(shù)main實現(xiàn)對兩個線程的控制和執(zhí)行操作。</p><p><b>　　設(shè)計分工</b></p><p><b>　　成員：李寧

11、 侯紹立</b></p><p><b>　　分工：</b></p><p>　　理發(fā)師進(jìn)程、信號量的設(shè)置、理發(fā)師函數(shù) ：xxx</p><p>　　顧客進(jìn)程、顧客函數(shù)、主函數(shù)：xx</p><p><b>　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明</b></p><p>　　本程序用到

12、了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的隊列，理發(fā)的顧客由隨機函數(shù)產(chǎn)生，顧客遵從先到先理發(fā)的原則，但隊列的長度限制為輸入的理發(fā)店中的椅子的個數(shù)，當(dāng)理發(fā)店的椅子沒有空位的時候，到來的顧客主動退出加入隊列。理發(fā)師對隊列中的顧客進(jìn)行先到先服務(wù)的原則理發(fā)。</p><p><b>　　7. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明</b></p><p><b>　　（一）頭文件聲明</b></p&g

13、t;<p>　　#include "windows.h"</p><p>　　#include "iostream.h"</p><p>　　#include "math.h"</p><p><b>　　（二）定義各種變量</b></p><p>

14、;　　int long waiting(0); </p><p>　　int chairs; </p><p>　　char open_door; </p><p>　　char close_door; </p><p>　　int

15、 count(0); </p><p>　　int finish(0); </p><p><b>　?。ㄈ┬盘柫康亩x</b></p><p>　　HANDLE Mutex =::CreateMutex(NULL, FALSE, "Mutex"); </p&g

16、t;<p>　　HANDLE barbers =::CreateSemaphore(NULL, 1,1, "barbers"); </p><p>　　HANDLE customers =::CreateSemaphore(NULL,0,3,"customers");</p><p><b>　　8. 系統(tǒng)調(diào)用說明<

17、/b></p><p>　　（1）CreateThread（）：創(chuàng)建線程</p><p>　?。?）CreateMutex（）：找出當(dāng)前系統(tǒng)是否已經(jīng)存在指定進(jìn)程的實例。如果沒有則創(chuàng)建一個互斥體，用來同步。如果一個線程獲取了互斥體，則要獲取該互斥體的第二個線程將被掛起，直到第一個線程釋放該互斥體。CreateMutex（）函數(shù)可用來創(chuàng)建一個有名或無名的互斥量對象</p>

18、<p>　?。?）CreateSemaphore()：CreateSemaphore() 是系統(tǒng)提供的API，包含在Windows.h 中，應(yīng)用在同步的處理中。作用是創(chuàng)建一個新的信號機，執(zhí)行成功，返回信號機對象的句柄；零表示出錯。一旦不再需要，一定記住用CloseHandle關(guān)閉信號機的句柄。它的所有句柄都關(guān)閉以后，對象自己也會刪除。一旦值大于零，信號機就會觸發(fā)（發(fā)出信號）。Semaphore是一個同步問題機制，不論是Even

19、t或Mutex，其他Process在執(zhí)WaitForSingleObject時，就看當(dāng)時的物件是Signal或UnSignal而決定是否等待，而Semaphore也相同，但是它要變成Signal /UnSignal的狀態(tài)，卻有些不同，它是提供一個計數(shù)值，它允許在這個計數(shù)值之內(nèi)，任何執(zhí)行到WaitForSingleObject的Thread都不會停下來，而且每執(zhí)行WaitForSingleObject一次，計數(shù)值就減一，當(dāng)計數(shù)值變成0時，

20、該Semaphore才會處於UnSignal的狀態(tài)，而某個Thread ReleaseSemaphore時，便會將計數(shù)值增加，以便其他的Thr</p><p>　?。?）ReleaseSemaphore（）：ReleaseSemaphore（）函數(shù)的作用是增加信號機的計數(shù)。如果成功，就調(diào)用信號機上的一個等待函數(shù)來減少它的計數(shù)。</p><p>　　（5）WaitForSingleObjec

21、t（）：函數(shù)用來檢測hHandle事件的信號狀態(tài)，在某一線程中調(diào)用該函數(shù)時，線程暫時掛起，如果在掛起的dwMilliseconds毫秒內(nèi)，線程所等待的對象變?yōu)橛行盘枲顟B(tài)，則該函數(shù)立即返回；如果超時時間已經(jīng)到達(dá)dwMilliseconds毫秒，但hHandle所指向的對象還沒有變成有信號狀態(tài)，函數(shù)照樣返回。參數(shù)dwMilliseconds有兩個具有特殊意義的值：0和INFINITE。若為0，則該函數(shù)立即返回；若為INFINITE，則線程一

22、直被掛起，直到hHandle所指向的對象變?yōu)橛行盘枲顟B(tài)時為止。</p><p>　　（6）ResumeThread（）:線程恢復(fù)函數(shù)，使用該函數(shù)能激活線程的運行，使CPU分配資源讓線程恢復(fù)運行。</p><p>　?。?）ReleaseMutex（）：釋放由線程擁有的一個互斥體</p><p>　?。?）Sleep（）：睡眠等待</p><p&g

23、t;<b>　　9. 分工設(shè)計說明</b></p><p><b>　　需要用到的信號量：</b></p><p>　　HANDLE Mutex =::CreateMutex(NULL, FALSE, "Mutex"); </p><p>　　實現(xiàn)顧客與理發(fā)師對公用緩存區(qū)的互斥操作</p&g

24、t;<p>　　HANDLE barbers =::CreateSemaphore(NULL, 1,1, "barbers"); </p><p>　　HANDLE customers =::CreateSemaphore(NULL,0,3,"customers");</p><p>　　::WaitForSingleObject(

25、customers,INFINITE); 等待顧客進(jìn)程的V(customer)操作</p><p>　　::WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE); 申請操作顧客與理發(fā)師公用的緩存區(qū) </p><p>　　::ReleaseSemapho

26、re(barbers,1,NULL); 釋放信號量barbers</p><p>　　::ReleaseMutex(Mutex); 釋放信號量Mutex，允許顧客操作緩存區(qū)</p><p><b>　　算法流程圖</b></p><p><b>　　分工代碼</b></p><p>　　#incl

27、ude "windows.h"</p><p>　　#include "iostream.h"</p><p>　　#include "math.h"</p><p>　　int long waiting(0); //等待理發(fā)的顧客人數(shù)</p><p>　　int

28、 chairs; //店中椅子的總數(shù)目</p><p>　　char open_door; //開門</p><p>　　char close_door; //關(guān)門</p><p>　　int count(0); //顧客的序號</p>

29、<p>　　int finish(0); //已經(jīng)理完發(fā)的顧客人數(shù)</p><p><b>　　DWORD a;</b></p><p>　　HANDLE Mutex =::CreateMutex(NULL, FALSE, "Mutex"); //用來實現(xiàn)進(jìn)程的互斥 </p>&l

30、t;p>　　HANDLE barbers =::CreateSemaphore(NULL, 1,1, "barbers"); //定義信號量來進(jìn)行線程間的同步</p><p>　　HANDLE customers =::CreateSemaphore(NULL,0,3,"customers"); //定義信號量來進(jìn)行線程間的同步</p><p&

31、gt;　　int random()</p><p>　　//定義隨機函數(shù)來產(chǎn)生顧客，并使兩個顧客間的時間少于15秒</p><p><b>　　{</b></p><p>　　return (rand()*15000)/RAND_MAX;</p><p><b>　　}</b></p>

32、<p>　　void cuthair()</p><p>　　//理發(fā)師的理發(fā)函數(shù)，用時15秒</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　::Sleep (15000);</p><p>　　cout<<"理發(fā)結(jié)束 !"<<endl;</p

33、><p><b>　　}</b></p><p>　　DWORD WINAPI barber(LPVOID pParm1)</p><p><b>　　//理發(fā)師線程</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(true)

34、 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　::WaitForSingleObject(customers,INFINITE);//p(customers)，等待顧客</p><p>　　::WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE); //等待互斥量<

35、/p><p>　　waiting--; //等待的人數(shù)減1</p><p>　　::ReleaseSemaphore(barbers,1,NULL); //釋放信號量</p><p>　　::ResumeThread(barbers); //喚醒顧客進(jìn)程</p&g

36、t;<p>　　::ReleaseMutex(Mutex); //v(mutex); </p><p>　　cuthair(); </p><p>　　finish++; </p><p><

37、;b>　　}</b></p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　整體代碼</b></p><p>　　#include "windows.h"</p&g

38、t;<p>　　#include "iostream.h"</p><p>　　#include "math.h"</p><p>　　int long waiting(0); //等待理發(fā)的顧客人數(shù)</p><p>　　int chairs; //店中椅子的

39、總數(shù)目</p><p>　　char open_door; //開門</p><p>　　char close_door; //關(guān)門</p><p>　　int count(0); //顧客的序號</p><p>　　int finish(0);

40、 //已經(jīng)理完發(fā)的顧客人數(shù)</p><p><b>　　DWORD a;</b></p><p>　　HANDLE Mutex =::CreateMutex(NULL, FALSE, "Mutex"); //用來實現(xiàn)進(jìn)程的互斥 </p><p>　　HANDLE barbers =::Crea

41、teSemaphore(NULL, 1,1, "barbers"); //定義信號量來進(jìn)行線程間的同步</p><p>　　HANDLE customers =::CreateSemaphore(NULL,0,3,"customers"); //定義信號量來進(jìn)行線程間的同步</p><p>　　int random()</p><

42、p>　　//定義隨機函數(shù)來產(chǎn)生顧客，并使兩個顧客間的時間少于15秒</p><p><b>　　{</b></p><p>　　return (rand()*15000)/RAND_MAX;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void cuthair()</p&

43、gt;<p>　　//理發(fā)師的理發(fā)函數(shù)，用時15秒</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　::Sleep (15000);</p><p>　　cout<<"理發(fā)結(jié)束 !"<<endl;</p><p><b>　　}</b

44、></p><p>　　void gethaircut()</p><p>　　// 顧客被理發(fā)的函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　::Sleep (15001); //顧客被理發(fā)的函數(shù)，為了和理發(fā)師之間有所區(qū)別，比理發(fā)師理發(fā)時間長1毫秒</p>&l

45、t;p>　　cout<<"第"<<finish<<"個顧客理發(fā)完畢,離開 "<<endl; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　DWORD WINAPI customer(LPVOID pParm2)</p><p><

46、;b>　　// 顧客線程</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　::WaitForSingleObject(Mutex ,INFINITE); //P(mutex)來進(jìn)行互斥操作</p><p>　　count++;

47、 //來的是第幾個顧客</p><p>　　cout<<"顧客敲門！第 "<<count<<" 個顧客到來 "<<endl; </p><p>　　if (waiting<chairs) //如果有空椅子</p><p>&

48、lt;b>　　{ </b></p><p>　　if (waiting!=0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<"現(xiàn)在有"<<waiting <<" 個人在等待理發(fā)"<<endl;</p>

49、;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　cout<<"無人在等待理發(fā)"<<endl; //輸出有多少人在等待</p><p>　　waiting++;</p><p&g

50、t;　　cout<<"剩余"<<chairs-waiting+1<<"個座位"<<endl;</p><p>　　cout<<"有空位，顧客已坐下"<<endl;</p><p>　　::ReleaseSemaphore(customers,1,NULL);

51、//V(customer)</p><p>　　::ResumeThread(customers);//喚醒理發(fā)師進(jìn)程</p><p>　　::ReleaseMutex(Mutex);//釋放互斥量，以便其他線程使用</p><p>　　::WaitForSingleObject(barbers,INFINITE);//等待理發(fā)</p>

52、<p>　　gethaircut();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<"沒有空椅子，第"&

53、lt;<count<<"個顧客離開理發(fā)店"<<endl; //沒有椅子，顧客直接離開</p><p>　　::ReleaseMutex(Mutex);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　return 0;</b></p>&l

54、t;p><b>　　}</b></p><p>　　DWORD WINAPI barber(LPVOID pParm1)</p><p><b>　　//理發(fā)師線程</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(true)

55、 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　::WaitForSingleObject(customers,INFINITE);//p(customers)，等待顧客</p><p>　　::WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE); //等待互斥量</p>

56、<p>　　waiting--; //等待的人數(shù)減1</p><p>　　::ReleaseSemaphore(barbers,1,NULL); //釋放信號量</p><p>　　::ResumeThread(barbers); //喚醒顧客進(jìn)程</p><

57、p>　　::ReleaseMutex(Mutex); //v(mutex); </p><p>　　cuthair(); </p><p>　　finish++; </p><p><b>　

58、　}</b></p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　int main(int argc, char* argv[])</p><p><b>　　//實現(xiàn)線程的操作</b></p&g

59、t;<p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<"輸入理發(fā)店中的椅子個數(shù):";</p><p>　　cin>>chairs;</p><p>　　cout<<"店中有"<<chairs<<"把椅子&qu

60、ot;<<endl; //設(shè)置椅子數(shù)目</p><p>　　cout<<"是否開始接待顧客?Y/N"<<endl; //是否開門營業(yè)</p><p>　　cin>>open_door;</p><p>　　while (open_door!='y')</p>

61、<p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<endl<<"尚未營業(yè)！"<<endl;</p><p>　　cout<<"是否開始接待顧客?Y/N"<<endl;</p><p>　　cin>>open_

62、door;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　HANDLE hThread1;</p><p>　　HANDLE hThread2;</p><p>　　hThread2=::CreateThread (NULL,0,barber,NULL,0,NULL); //產(chǎn)生一個理發(fā)師進(jìn)程</p&

63、gt;<p>　　while(close_door!='y')</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　::Sleep(random());//函數(shù)實現(xiàn)顧客隨機到來</p><p>　　hThread1=::CreateThread(NULL,0,customer,NULL,a,NULL);&

64、lt;/p><p>　　cout<<endl<<"正在營業(yè)，請進(jìn)！"<<endl; </p><p>　　if (finish>=8 && waiting==0)</p><p>　　//如果完成數(shù)超過8并且沒有人等待</p><p><b>　　{</

65、b></p><p>　　cout<<"已經(jīng)為"<<finish<<"個顧客理發(fā)了，是否停止?fàn)I業(yè)?"<<endl; //提示是否關(guān)門</p><p>　　cin>>close_door;</p><p>　　return close_door; </p&g

66、t;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if (close_door=='y') </p><p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<"暫停營業(yè)！歡

67、迎下次光臨！"<<endl;</p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p&

68、gt;<p><b>　　程序運行</b></p><p><b>　　開始</b></p><p><b>　　輸入椅子數(shù)目</b></p><p><b>　　選擇是否接待顧客</b></p><p><b>　　接待顧客<

69、;/b></p><p><b>　　理發(fā)完畢</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過這個課程設(shè)計，對于課本上的關(guān)于進(jìn)程之間的同步、互斥有了更深層的認(rèn)識，而且有了具體上直觀上的理解。雖然對于第二個課程設(shè)計要求沒有達(dá)到，但我也學(xué)到了許多。進(jìn)程作為系統(tǒng)的基本的操作單位，其之間的互斥、同

70、步是非常重要的。生產(chǎn)者與消費者這一個問題中，生產(chǎn)者與消費者公用一個緩存區(qū)，這就涉及到了兩個進(jìn)程對緩存區(qū)的互斥操作，否者將會產(chǎn)生許多不切實際的問題，這也就失去的系統(tǒng)操作的實際意義。而通過一個互斥信號量Mutex便很好的解決了這一個問題，兩個進(jìn)程在操作緩存區(qū)之前必須先申請使用，如果信號量表示已有進(jìn)程正在對緩存區(qū)進(jìn)行操作則必須等待其完成方可。在做這個設(shè)計的時候也遇到了許多問題，例如信號量的設(shè)置。由于這個問題中不僅涉及到理發(fā)師與顧客之間的互斥同

71、步問題，還設(shè)計到各個顧客進(jìn)程之間的互斥同步問題，所以起初信號量設(shè)置不足而導(dǎo)致問題出錯。</p><p>　　總的來講，此次課程設(shè)計對我們操作系統(tǒng)知識的鞏固起了重要作用，讓我們受到了很多啟發(fā)，懂得了怎樣更好的去學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程。操作系統(tǒng)不在是一個模糊的概念存在，許多實際的例子，問題都能涉及到操作系統(tǒng)方面的知識。這也看出了操作系統(tǒng)對于整個計算機學(xué)科的重要性，他不單單作為一個學(xué)科存在，而是滲透到各個學(xué)科中，作為各個學(xué)科