睡眠理发师课程设计报告

《操作系统》课程设计报告专业：计算机科学与技术班级：08计本（2）班学号姓名题目名称：理发师问题完成日期：2011.6甘肃政法学院计算机科学学院成绩目录一.题目内容..............................................................3二.课程设计目的..........................................................3三.设计思想说明..........................................................3四.系统结构的说明........................................................3（一）头文件声明.....................................................3（二）定义各种变量...................................................3（三）信号量的定义...................................................3（四）相关函数及线程的定义...........................................4五.数据结构说明..........................................................4六.程序用到的系统调用（API）.............................................4七.程序总体算法流程图....................................................5八.程序运行..............................................................6九.使用说明书............................................................7十.程序设计总结..........................................................7参考文献.................................................................8附录.....................................................................8（一）代码清单.......................................................8（二）课程设计分工表................................................11睡眠理发师问题一一..题题目目内内容容有一个理发师，一把理发椅和n把提供给等候理发的顾客座的椅子。如果没有顾客，则理发师便在理发椅子上睡觉；当第一个顾客到来时，必须唤醒该理发师进行理发；如果理发师正在理发时又有顾客到来，则如果有空椅子可坐，他就坐下来等待，如果没有空椅子，他就离开理发店。为理发师和顾客各编一段程序描述他们的行为，要求不能带有竞争条件，试用P、V操作实现。二二..课课程程设设计计目目的的通过本次课程设计，能深入彻底的弄清楚睡眠理发师问题，能够举一反三，遇到同样的问题能够很快解决。通过自己的实际操作，认真分析，理解进程，线程，信号量之间的关系和他们的实现过程，掌握一些基本的系统调用的用法及其所实现的功能。用C++来实现睡眠理发师的课程设计，达到复习C++相关知识的目的。三三..设设计计思思想想说说明明此题可看作是n个生产者和1个消费者问题。顾客作为生产者，每到来一个就使计数器count增加1，以便让理发师理发（相当于消费）至最后一个顾客（相当于产品）。并且，第1个到来的顾客应负责唤醒理发师；如果不是第1个到达的顾客，则在有空椅子的情况下坐下等待，否则离开理发店（该消息可由计数器count获得）。主要有以下一些函数来实现整个问题的实现过程：（1）用随机函数random()来产生进入理发店的顾客。（2）定义理发师的理发函数cuthair()用来实现理发操作。（3）定义顾客被理发的函数gethaircut()用来实现顾客被理发的操作。（4）用顾客线程customer实现对顾客行为的控制。（5）用理发师线程barber实现对理发师行为的控制。（6）定义主函数main实现对两个线程的控制和执行操作。四四..系系统统结结构构的的说说明明（一）头文件声明#includestdafx.h#includewindows.h#includeiostream.h#includemath.h（二）定义各种变量intlongwaiting(0);intchairs;charopen_door;charclose_door;intcount(0);intfinish(0);（三）信号量的定义DWORDa;%互斥信号量:mutex用来互斥对临界变量count的访问计数信号量customers用来记录等候的顾客数据,barbers用来记录等待的理发师数,这里barbers只有两种取值,要不是0要不是1临界变量:count由理发师进程和顾客进程共同访问,用来记录在椅子上等着的顾客数N椅子数,为最多等候的顾客数HANDLEMutex=::CreateMutex(NULL,FALSE,Mutex);HANDLEbarbers=::CreateSemaphore(NULL,1,1,barbers);HANDLEcustomers=::CreateSemaphore(NULL,0,3,customers);（四）相关函数及线程的定义定义随机函数intrandom()来产生顾客，并使两个顾客间的时间少于15秒定义理发师的理发函数voidcuthair()，用时15秒定义顾客被理发的函数voidgethaircut()定义顾客线程DWORDWINAPIcustomer(LPVOIDpParm2)定义理发师线程DWORDWINAPIbarber(LPVOIDpParm1)定义主函数实现线程的操作intmain(intargc,char*argv[])五五..数数据据结结构构说说明明本程序用到了数据结构中的队列，理发的顾客由随机函数产生，顾客遵从先到先理发的原则，但队列的长度限制为输入的理发店中的椅子的个数，当理发店的椅子没有空位的时候，到来的顾客主动退出加入队列。理发师对队列中的顾客进行先到先服务的原则理发。六.程序用到的系统调用（API）（1）CreateThread（）：创建线程（2）CreateMutex（）：找出当前系统是否已经存在指定进程的实例。如果没有则创建一个互斥体，用来同步。如果一个线程获取了互斥体，则要获取该互斥体的第二个线程将被挂起，直到第一个线程释放该互斥体。CreateMutex（）函数可用来创建一个有名或无名的互斥量对象（3）CreateSemaphore()：CreateSemaphore()是系统提供的API，包含在Windows.h中，应用在同步的处理中。作用是创建一个新的信号机，执行成功，返回信号机对象的句柄；零表示出错。一旦不再需要，一定记住用CloseHandle关闭信号机的句柄。它的所有句柄都关闭以后，对象自己也会删除。一旦值大于零，信号机就会触发（发出信号）。Semaphore是一个同步问题机制，不论是Event或Mutex，其他Process在执WaitForSingleObject时，就看当时的物件是Signal或UnSignal而决定是否等待，而Semaphore也相同，但是它要变成Signal/UnSignal的状态，却有些不同，它是提供一个计数值，它允许在这个计数值之内，任何执行到WaitForSingleObject的Thread都不会停下来，而且每执行WaitForSingleObject一次，计数值就减一，当计数值变成0时，该Semaphore才会处於UnSignal的状态，而某个ThreadReleaseSemaphore时，便会将计数值增加，以便其他的Thread或本身可得Signal的讯号，而使WaitForSingleObject停止等待。（4）ReleaseSemaphore（）：ReleaseSemaphore（）函数的作用是增加信号机的计数。如果成功，就调用信号机上的一个等待函数来减少它的计数。（5）WaitForSingleObject（）：函数用来检测hHandle事件的信号状态，在某一线程中调用该函数时，线程暂时挂起，如果在挂起的dwMilliseconds毫秒内，线程所等待的对象变为有信号状态，则该函数立即返回；如果超时时间已经到达dwMilliseconds毫秒，但hHandle所指向的对象还没有变成有信号状态，函数照样返回。参数dwMilliseconds有两个具有特殊意义的值：0和INFINITE。若为0，则该函数立即返回；若为INFINITE，则线程一直被挂起，直到hHandle所指向的对象变为有信号状态时为止。（6）ResumeThread（）:线程恢复函数，使用该函数能激活线程的运行，使CPU分配资源让线程恢复运行。（7）ReleaseMutex（）：释放由线程拥有的一个互斥体（8）Sleep（）：睡眠等待七.程序总体算法流程图尚未营业Mutex理发师线程True顾客线程False有空椅等待是离开有顾客等待休息否理发师在睡觉则唤醒理发，否则继续是程序开始键入店中的椅子数是否开始接待顾客八.程序运行（1）键入店中的椅子数（2）键入椅子数后询问是否接待顾客（3）开始接待顾客，第一个顾客到来（4）依次有顾客到来（5）还有顾客依次到来九九..使使用用说说明明书书打开VC++6.00编译环境，新建工程名，将上述代码复制粘贴编译运行即可看到运行窗口。然后根据窗口提示，从键盘输入椅子数并按回车键即可。然后再根据提示，即可进行相应操作。其中一些窗口内容如上面一些截图所示。十十..程程序序设设计计总总结结通过这次课程设计，我们搜索了理发师问题的相关资料，又对课本知识进行了进一步的深入学习。在完成该程序的编写的过程中，使我对课堂上所学的理论知识有了一个更深更具体的认识，尤其对操作系统课程中的信号量，线程，中断等内容有了进一步的认识，并吸收整合了网络上一些优秀的代码，经历了不少艰辛，终于完成了此项任务。总的来讲，此次课程设计对我们操作系统知识的巩固起了重要作用，让我们受到了很多启发，懂得了怎样更好的去学习操作系统课程。在做的过程中也遇到很多问题。主要有：为什么现在我在vs2005中编写c++程序还要加上#includestdafx.h这么一句，不加就报错？名称的英文全称为：StandardApplicationFrameworkExtensions。分析原因如下头文件预编译，就是把一个工程(Project)中使用的一些MFC标准头文件(如Windows.H、Afxwin.H)预先编译，以后该工程编译时，不再编译这部分头文件，仅仅使用预编译的结果。这样可以加快编译速度，节省时间。预编译头文件通过编译stdafx.cpp生成，以工程名命名，由于预编译的头文件的后缀是“pch”，所以编译结果文件是projectname.pch。参参考考文文献献[1]张丽芬，刘立雄，王全玉.操作系统实验教程[M].北京：清华大学出版社，2010[2]张尧学，史美林，张高.计算机操作系统实验教程[M].北京：清华大学出版社，2010,1[3]颜彬,欧阳泉,李登实,徐宏云.计算机操作系统实验教程(21世纪高等学校计算机教育实用规划教材),2011,2[4]何宗健，张慧娟.基于Windows内核的“操作系统”设计[J].计算机教育，2009.14[5]程序员