操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)——哲學(xué)家進(jìn)餐問題

1、 操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目:哲學(xué)家進(jìn)餐問題 姓 名： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2014年6月10日目錄1設(shè)計(jì)題目與要求21.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.2初始條件22 總體設(shè)計(jì)思想及相關(guān)知識32.1總體設(shè)計(jì)思想32.2 臨界區(qū)互斥編程原理32.3開發(fā)環(huán)境與工具33模塊說明3 3.1 狀態(tài)改變模塊44. 部分源程序代碼及測試結(jié)果65. 課設(shè)總結(jié)7參考文獻(xiàn)81設(shè)計(jì)題目與要求1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)現(xiàn)哲學(xué)家進(jìn)餐問題的同步,深入了解和掌握進(jìn)程同步和互斥的原理。用C+進(jìn)行線程的創(chuàng)建與撤銷代碼相對來說比較簡單，因?yàn)榉庋b比較多，我們能做的就是創(chuàng)建與調(diào)用。當(dāng)然，代碼中也有一些復(fù)雜的地方，不是對線程的操

2、作，而是關(guān)于界面的顯示與操作，單個(gè)線程容易創(chuàng)建與撤銷，但難的是合理的“監(jiān)控”與組織多個(gè)線程并及時(shí)進(jìn)行狀態(tài)的顯示。雖然用程序語言實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程創(chuàng)建（當(dāng)然，這是在并不會理論的情況下），但還是沒弄清理論的實(shí)質(zhì)。可能理論更抽象些吧。在平常的編程中，雖然經(jīng)常遇到過要使用多線程的問題，但沒有去試過從操作系統(tǒng)的角度去考慮線程的運(yùn)行，在以后的學(xué)習(xí)中，我想還是會深入了解與學(xué)習(xí)這方面的東西的。1.2設(shè)計(jì)要求哲學(xué)家有N個(gè)，也定全體到達(dá)后開始討論：在討論的間隙哲學(xué)家進(jìn)餐，每人進(jìn)餐時(shí)都需使用刀、叉各一把，所有哲學(xué)家刀和叉都拿到后才能進(jìn)餐。哲學(xué)家的人數(shù)、餐桌上的布置自行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)刀和叉的互斥使用算法的程序?qū)崿F(xiàn)。（1）操作系統(tǒng)

3、：windows（2）程序設(shè)計(jì)語言：C+（3）設(shè)定圓桌上有六個(gè)哲學(xué)家，三對刀叉，如下圖擺放：圖1-1 哲學(xué)家進(jìn)餐問題設(shè)定圖2 總體設(shè)計(jì)思想及相關(guān)知識2.1總體設(shè)計(jì)思想哲學(xué)家的生活就是思考和吃飯，即思考，就餐，再思考，往復(fù)循環(huán)。要求是：每一個(gè)哲學(xué)家只有在拿到位于他左右的刀叉后，才能夠就餐；哲學(xué)家只能先拿一把刀或叉，再去拿另一把刀或叉，而不能同時(shí)去抓他旁邊的兩把餐具，也不能從其他哲學(xué)家手中搶奪餐具；哲學(xué)家每次就餐后必須放下他手中的兩把餐具后恢復(fù)思考，不能強(qiáng)抓住餐具不放。設(shè)計(jì)一個(gè)程序，能夠顯示當(dāng)前各哲學(xué)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(xué)家的狀態(tài)和桌上餐具的使用情況。即設(shè)計(jì)

4、一個(gè)能安排哲學(xué)家正常生活的程序。為哲學(xué)家設(shè)計(jì)3種狀態(tài)，即“等待”“進(jìn)餐”“思考”。每個(gè)哲學(xué)家重復(fù)進(jìn)行“等待”-“進(jìn)餐”-“思考”的行動(dòng)循環(huán)。其中：“等待”-“進(jìn)餐”：只有一個(gè)哲學(xué)家處于等待進(jìn)餐狀態(tài)，且左右手兩邊的餐具都處于“空閑”狀態(tài)時(shí)，可以發(fā)生這種狀態(tài)改變。此狀態(tài)改變發(fā)生后，哲學(xué)家拿起左右手兩邊的餐具?！斑M(jìn)餐”-“思考”：此狀態(tài)改變發(fā)生后，哲學(xué)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”?！八伎肌?“等待”：哲學(xué)家思考結(jié)束后，無條件轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)。由上所述，程序中應(yīng)設(shè)置6個(gè)元素的信號量數(shù)組，tools6，用來保持哲學(xué)家之間的同步。2.2 臨界區(qū)互斥編程原理不論是硬件臨界資源，還是軟

5、件臨界資源，多個(gè)進(jìn)程必須互斥地對它進(jìn)行訪問。每個(gè)進(jìn)程中訪問臨界資源的那段代碼稱為臨界區(qū)（Critical Section）。 每個(gè)進(jìn)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(gè)進(jìn)程使用的共享資源）。每次只準(zhǔn)許一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)，進(jìn)入后不允許其他進(jìn)程進(jìn)入。不論是硬件臨界資源，還是軟件臨界資源，多個(gè)進(jìn)程必須互斥地對它進(jìn)行訪問。本程序主要使用了EnterCriticalSection (&cs)和LeaveCriticalSection (&cs)兩個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)互斥，臨界區(qū)用EnterCriticalSection (&cs)來進(jìn)入，Leav

6、eCriticalSection (&cs)用來離開臨界區(qū)。2.3開發(fā)環(huán)境與工具系統(tǒng)平臺：WINDOW環(huán)境實(shí)現(xiàn)語言：C+開發(fā)工具：Visual C+6.03.模塊說明本人在此次課程設(shè)計(jì)中，打開visual C+新建projectwin32 console application 建立一個(gè)zxm工程。利用工作區(qū)間打開zxm.cpp編譯。Philosopher-number:int-status:int+Philosopher(in num:int)+find() const:int+getinfo() const:int+Change():void圖3-1 哲學(xué)家類的UML圖（該圖闡述了zxm.

7、cpp文件的主要結(jié)構(gòu)：創(chuàng)建一個(gè)philosopher類，在philosopher類中定義了status、number整型成員變量。Philosopher（）構(gòu)造函數(shù)，find()、getinfo()、change()成員函數(shù)） 圖3-3 狀態(tài)改變模塊Change()流程圖 4. 部分源程序代碼部分源代碼：void Philosopher:Change() /Philosopher類中change成員函數(shù) EnterCriticalSection (&cs) /進(jìn)入臨界區(qū) if(status=1) /正在進(jìn)餐 toolsnumber%5=true; /放下左手工具 tools(number-1)

8、%5=true; /放下右手工具 status=2; /改變狀態(tài)為思考 else if(status=2) /思考中 status=0; /改變狀態(tài)為等待 else if(status=0) /等待中 if(toolsnumber%5&tools(number-1)%5) /左右手兩邊工具均為空閑狀態(tài) toolsnumber%5=false; /拿起左手工具 tools(number-1)%5=false; /拿起右手工具 status=1; LeaveCriticalSection (&cs) 5. 測試及結(jié)果圖5-1 程序運(yùn)行開始界面6. 課設(shè)總結(jié)經(jīng)過了前后共1周的時(shí)間，我們小組三人艱辛的

9、完成了這次課程設(shè)計(jì)。由開始的蘋果問題到現(xiàn)在所解決的哲學(xué)家進(jìn)餐問題，不僅體現(xiàn)了我的應(yīng)急能力差，還反映出了對操作系統(tǒng)這門功課理解的不到位，沒有真正理解進(jìn)程和線程的創(chuàng)建與作用，線程的同步與互斥。通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了許多課本學(xué)到的知識和課本上學(xué)不到的問題，體會到了對一個(gè)團(tuán)隊(duì)來說合作才是最重要的，就算你一個(gè)人沒日沒夜的做也不如大家一起思考一個(gè)小時(shí)。聰明的人往往是能很好的利用身邊的人和資源。通過這次設(shè)計(jì)，我得到了一個(gè)很好的理論聯(lián)系實(shí)際的機(jī)會，鍛煉了通過理論解決實(shí)際問題的能力。正所謂“實(shí)踐出真知”，有些代碼看上去沒什么問題，但是實(shí)際運(yùn)行起來就是不出正確結(jié)果。代碼內(nèi)部可能存在邏輯或語法等方面我們平時(shí)不會注意到的小問題，通過這次課程設(shè)計(jì)，我積累了不少這樣小問題的解決方法。有些時(shí)候，學(xué)習(xí)到的知識是次要的，重要的是學(xué)習(xí)知識的方法。知識是死的，人事活著的。死讀書就是讀死書，作為一個(gè)當(dāng)代大學(xué)生，我們應(yīng)該充實(shí)發(fā)揮大腦，靈活運(yùn)用、參考文獻(xiàn)1. 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)湯子瀛，哲鳳屏西安電子科技大學(xué)學(xué)出版社2