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文檔簡介
1、<p><b> 目錄</b></p><p> 1.設計題目與要求1</p><p><b> 1.1實驗目的1</b></p><p> 1.3 初始條件1</p><p> 2 總體設計思想及相關知識2</p><p> 2.1總體設計思想
2、2</p><p> 2.2 臨界區(qū)互斥編程原理3</p><p> 2.3開發(fā)環(huán)境與工具3</p><p> 3數(shù)據(jù)結構與模塊說明4</p><p> 3.1 數(shù)據(jù)結構4</p><p> 3.2程序各模塊流程圖5</p><p> 3.2.1 主程序模塊5</
3、p><p> 3.2.2 狀態(tài)改變模塊6</p><p> 3.2.3 返回哲學家狀態(tài)模塊7</p><p> 3.2.4 返回餐具狀態(tài)模塊8</p><p> 4. 源程序代碼9</p><p> 5. 測試及結果14</p><p> 6. 課設總結16</p&g
4、t;<p><b> 參考文獻17</b></p><p><b> 1.設計題目與要求</b></p><p><b> 1.1實驗目的</b></p><p> 通過實現(xiàn)哲學家進餐問題的同步深入了解和掌握進程同步和互斥的原理。1.2設計要求</p><
5、p> 哲學家有N個,也定全體到達后開始討論:在討論的間隙哲學家進餐,每人進餐時都需使用刀、叉各一把,所有哲學家刀和叉都拿到后才能進餐。哲學家的人數(shù)、餐桌上的布置自行設定,實現(xiàn)刀和叉的互斥使用算法的程序?qū)崿F(xiàn)。</p><p><b> 1.3 初始條件</b></p><p> (1)操作系統(tǒng):windows</p><p> ?。?
6、)程序設計語言:C++</p><p> (3)設定圓桌上有六個哲學家,三對刀叉,如下圖擺放:</p><p> 圖1-1 哲學家進餐問題設定圖</p><p> 2 總體設計思想及相關知識</p><p><b> 2.1總體設計思想</b></p><p> 哲學家的生活就是思考和吃
7、飯,即思考,餓了就餐,再思考,循環(huán)往復。要求是:每一個哲學家只有在拿到位于他左右的刀叉后,才能夠就餐;哲學家只能先拿一把刀或叉,再去拿另一把刀或叉,而不能同時去抓他旁邊的兩把餐具,也不能從其他哲學家手中搶奪餐具;哲學家每次就餐后必須放下他手中的兩把餐具后恢復思考,不能強抓住餐具不放。</p><p> 設計一個程序,能夠顯示當前各哲學家的狀態(tài)和桌上餐具的使用情況,并能無死鎖的推算出下一狀態(tài)各哲學家的狀態(tài)和桌上餐
8、具的使用情況。即設計一個能安排哲學家正常生活的程序。</p><p> 為哲學家設計3種狀態(tài),即“等待”“進餐”“思考”。每個哲學家重復進行“等待”->“進餐”->“思考”的行動循環(huán)。其中:</p><p> “等待”->“進餐”:只有一個哲學家處于等待進餐狀態(tài),且左右手兩邊的餐具都處于“空閑”狀態(tài)時,可以發(fā)生這種狀態(tài)改變。此狀態(tài)改變發(fā)生后,哲學家拿起左右手兩邊的餐具
9、。</p><p> “進餐”->“思考”:此狀態(tài)改變發(fā)生后,哲學家放下左右手上的餐具。餐具狀態(tài)由“使用中”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱臻e”。</p><p> “思考”->“等待”:哲學家思考結束后,無條件轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)。</p><p> 由上所述,程序中應設置6個元素的信號量數(shù)組,tools[6],用來保持哲學家之間的同步。</p><p&g
10、t; 2.2 臨界區(qū)互斥編程原理</p><p> 不論是硬件臨界資源,還是軟件臨界資源,多個進程必須互斥地對它進行訪問。每個進程中訪問臨界資源的那段代碼稱為臨界區(qū)(Critical Section)。 </p><p> 每個進程中訪問臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)(Critical Section)(臨界資源是一次僅允許一個進程使用的共享資源)。每次只準許一個進程進入臨界區(qū),進入后
11、不允許其他進程進入。不論是硬件臨界資源,還是軟件臨界資源,多個進程必須互斥地對它進行訪問。</p><p> 本程序主要使用了EnterCriticalSection (&cs)和LeaveCriticalSection (&cs)兩個函數(shù)實現(xiàn)臨界區(qū)互斥。</p><p> EnterCriticalSection (&cs)用來進入臨界區(qū),LeaveCriti
12、calSection (&cs)用來離開臨界區(qū)。</p><p> 2.3開發(fā)環(huán)境與工具</p><p> 系統(tǒng)平臺:WINDOW環(huán)境</p><p><b> 實現(xiàn)語言:C++</b></p><p> 開發(fā)工具:VC++6.0</p><p> 3數(shù)據(jù)結構與模塊說明</
13、p><p><b> 3.1 數(shù)據(jù)結構</b></p><p> 圖3-1 哲學家類的UML圖</p><p> 程序中定義一個哲學家類,包含兩個私有對象和四個公有對象。</p><p> Number對象:報訊哲學家的編號。</p><p> Status對象:用于保存當前該哲學家的狀態(tài)
14、,0表示正在等待(即處于饑餓狀態(tài))1表示得到餐具正在吃飯,2表示正在思考</p><p> Philosopher(int num)方法:哲學家類構造函數(shù),參數(shù)num表示哲學家編號</p><p> find() const方法:返回該哲學家編號</p><p> getinfo() const方法:返回哲學家當前狀態(tài)</p><p>
15、 Change()方法:根據(jù)題目要求改變哲學家的狀態(tài)(等待->進餐->思考->等待…………)</p><p> 另外,程序中包含一個公有對象,bool類型數(shù)組tools[6],用來保存6把餐當前狀態(tài):true表示該餐具當前空閑,false表示該餐具當前正被使用。</p><p> 程序中還包含兩個公有函數(shù):print和toolstatus。Print用來返回一個哲學
16、家的狀態(tài),toolstatus用來返回一個餐具的狀態(tài)。</p><p> 3.2程序各模塊流程圖</p><p> 3.2.1 主程序模塊</p><p> 圖3-2 主程序模塊流程圖</p><p> 3.2.2 狀態(tài)改變模塊</p><p> 圖3-3 狀態(tài)改變模塊Change()流程圖</p>
17、;<p> 3.2.3 返回哲學家狀態(tài)模塊</p><p> 圖3-4 返回哲學家狀態(tài)模塊print()流程圖</p><p> 3.2.4 返回餐具狀態(tài)模塊</p><p> 圖3-5 返回餐具狀態(tài)模塊toolstatus(bool a)流程圖</p><p><b> 4. 源程序代碼</b>
18、;</p><p> //實驗目的:通過實現(xiàn)哲學家進餐問題的同步深入了解和掌握進程同步和互斥的原理。</p><p> //設計要求:哲學家有N個,也定全體到達后開始討論:在討論的間隙哲學家進餐,</p><p> //每人進餐時都需使用刀、叉各一把,所有哲學家刀和叉都拿到后才能進餐。哲學家的人數(shù)、</p><p> //餐桌上的布置
19、自行設定,實現(xiàn)刀和叉的互斥使用算法的程序?qū)崿F(xiàn)。</p><p> #include <windows.h> </p><p> #include <time.h> </p><p> #include <string> </p><p> #include <iostream> <
20、/p><p> #include <assert.h> </p><p> using namespace std; </p><p> bool tools[6];//全局變量,用餐工具</p><p> CRITICAL_SECTION cs; //信號量, 在線程中使用,臨界區(qū)</p><p&
21、gt; class Philosopher</p><p><b> { </b></p><p><b> private: </b></p><p> int number;</p><p> int status; /*標記當前哲學家的狀態(tài),0表示正在等待(即處于饑餓狀態(tài)),1表
22、示得到兩支筷子正在吃飯,2表示正在思考*/</p><p><b> public:</b></p><p> Philosopher(int num=0): status(2), number(num) { }</p><p> int find() const { return number; } </p><
23、p> int getinfo() const { return status; } </p><p> void Change() ; //狀態(tài)改變函數(shù)</p><p><b> }; </b></p><p> void Philosopher::Change() </p><p><b>
24、 { </b></p><p> EnterCriticalSection (&cs) ; //進入臨界區(qū)</p><p> if(status==1)//正在進餐</p><p><b> {</b></p><p> tools[number%6]=true; //放下左手工具<
25、;/p><p> tools[(number-1)%6]=true; //放下右手工具</p><p> status=2;//改變狀態(tài)為思考 </p><p><b> } </b></p><p> else if(status==2)//思考中</p><p><b>
26、; { </b></p><p> status=0; //改變狀態(tài)為等待 </p><p><b> } </b></p><p> else if(status==0)//等待中 </p><p><b> { </b></p><p> i
27、f(tools[number%6]&&tools[(number-1)%6]) //左右手兩邊工具均為空閑狀態(tài)</p><p><b> {</b></p><p> tools[number%6]=false; //拿起左手工具</p><p> tools[(number-1)%6]=false; //拿起右手
28、工具</p><p> status=1; </p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> LeaveCriticalSection (&cs) ; </p><p><b> } </b&
29、gt;</p><p> string print(Philosopher *pA) </p><p><b> { </b></p><p> //pA->Change(); </p><p> int i=pA->getinfo(); </p><p> string s
30、tr; </p><p><b> if(i==0) </b></p><p> str="等待"; </p><p> else if(i==1) </p><p> str="就餐"; </p><p> else str="思考&q
31、uot;; </p><p> return str; </p><p><b> } </b></p><p> string toolstatus(bool a)</p><p><b> {</b></p><p> string state;</p&g
32、t;<p> if(a==true)</p><p> state="閑";</p><p> if(a==false)</p><p> state="用";</p><p> return state;</p><p><b> }<
33、/b></p><p> int main() </p><p><b> { </b></p><p> char con = 'y'; //判斷是否繼續(xù)</p><p> for(int i=0;i<6;i++) </p><p> tools[i]=tr
34、ue; //3組刀叉都未使用,初始化</p><p> Philosopher P1(1),P2(2),P3(3),P4(4),P5(5),P6(6); </p><p> InitializeCriticalSection (&cs) ; //初始化初始化臨界區(qū)</p><p> cout<<"-----------------
35、------狀態(tài)說明示意圖:-----------------------"<<endl;</p><p> cout<<""<<"哲學家0號的狀態(tài)"<<""<<endl;</p><p> cout<<"哲學家5號的狀態(tài)
36、"<<""<<"叉3的狀態(tài)"<<""<<"刀1的狀態(tài)"<<""<<"哲學家1號的狀態(tài)"<<endl;</p><p> cout<<" "<&l
37、t;"刀3的狀態(tài)"<<" "<<"叉1的狀態(tài)"<<endl;</p><p> cout<<"哲學家4號的狀態(tài)"<<""<<"叉2的狀態(tài)"<<""<&l
38、t;"刀2的狀態(tài)"<<""<<"哲學家2號的狀態(tài)"<<endl;</p><p> cout<<""<<"哲學家3號的狀態(tài)"<<""<<endl;</p><p>
39、cout<<"餐具的狀態(tài),“用”表示使用中,“閑”表示空閑中。"<<endl;</p><p> cout<<"--------------------------"<<endl;</p><p> cout<<"哲學家們開始生活:"<<endl;<
40、/p><p> cout<<endl;</p><p> cout<<endl;</p><p> while(con=='y') </p><p><b> { </b></p><p> P1.Change();</p><p
41、> P2.Change();</p><p> P3.Change();</p><p> P4.Change();</p><p> P5.Change();</p><p> P6.Change();</p><p> cout<<"當前狀態(tài)為:"<<e
42、ndl;</p><p> cout<<""<<P1.find()<<print(&P1)<<""<<endl;</p><p> cout<<P6.find()<<print(&P6)<<""<
43、;<toolstatus(tools[0])<<""<<toolstatus(tools[1])<<""<<P2.find()<<print(&P2)<<endl;</p><p> cout<<" "<<toolstatus(t
44、ools[5])<<" "<<toolstatus(tools[2])<<endl;</p><p> cout<<P5.find()<<print(&P5)<<""<<toolstatus(tools[4])<<""&l
45、t;<toolstatus(tools[3])<<""<<P3.find()<<print(&P3)<<endl;</p><p> cout<<""<<P4.find()<<print(&P4)<<""<<
46、endl;</p><p> cout<<"--------------------------"<<endl;</p><p> cout<<"若要繼續(xù)下一狀態(tài),輸入y;輸入其他,結束程序:";</p><p><b> cin>>con;</b>&
47、lt;/p><p> Sleep(20); </p><p><b> } </b></p><p> DeleteCriticalSection (&cs) ; //退出資源區(qū)</p><p> return 0; </p><p><b> }</b><
48、;/p><p><b> 5. 測試及結果</b></p><p> 圖5-1 程序運行開始界面</p><p> 圖5-2 哲學家狀態(tài)1</p><p> 圖5-3 哲學家狀態(tài)2</p><p> 圖5-4 哲學家狀態(tài)3</p><p> 圖5-5 哲學家狀態(tài)4&
49、lt;/p><p><b> 圖5-6 退出程序</b></p><p><b> 6. 課設總結</b></p><p> 經(jīng)過了前后共2周的時間,我完成了這次課程設計。</p><p> 通過這次課程設計,我學到了許多課本上學不到的知識,注意到了許多課本上沒有提到的東西。</p>
50、<p> 而且,通過這次設計,我得到了一個很好的理論聯(lián)系實際的機會,鍛煉了通過理論解決實際問題的能力。正所謂“實踐出真知”,有些代碼看上去沒什么問題,但是實際運行起來就是不出正確結果。代碼內(nèi)部可能存在邏輯或語法等方面我們平時不會注意到的小問題,通過這次課程設計,我積累了不少這樣小問題的解決方法。</p><p> 設計中總會遇到這樣那樣的問題,遇到問題勢必要自己分析問題,通過各種渠道解決問題,比
51、如利用互聯(lián)網(wǎng)。這次課程設計也加強了我上網(wǎng)查數(shù)檢索問題的能力。有些時候,學習到的知識是次要的,重要的是學習知識的方法。</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1]宗大華,宗濤,陳吉人著. 操作系統(tǒng). 北京:人民郵電出版社,2009</p><p> [2]李愛華,程磊著. 面相對象程序設計(C++語言). 北京:
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