《操作系统》课程设计报告要求Word格式.docx
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顾客有到来,等待和离去三个事件。
店里有固定的椅子数，上面坐着等待的顾客，顾客在到来这个事件时，需判断有没有空闲的椅子，理发师决定要理发或睡觉时，也要判断椅子上有没有顾客。
所以，顾客和理发师之间的关系表现为：
顾客—理发师之间的同步关系表现为：
若无顾客，理发师便在理发椅上睡眠，等待。
顾客到来时，先看等候的顾客数是否少于顾客椅子数，不是则离开，否则就留下来，声称要理发，并且等理发师醒来或闲下来，再理发。
顾客—理发师之间还有互斥关系：
由于等候的顾客数变量是临界资源，所以顾客进屋等待理发时对该变量进行的加1操作，以及理发师起身准备给顾客理发时对该变量进行的减1操作必须互斥。
因此，引入3个信号量和一个控制变量：
（1）控制变量count用来记录在椅子上等候理发的顾客数，由理发师线程和顾客线程共同访问，初值为0;
（2）信号量customers用来记录等候理发的顾客数，并用作阻塞理发师线程，初值为0;
（3）信号量barbers用来记录正在等候顾客的理发师数，并用作阻塞顾客线程，初值为1;
（4）信号量mutex用于互斥对临界变量count的访问，初值为1.
3.2多线程编程原理
Linux系统下的多线程遵循POSIX线程接口，称为pthread。
编写Linux下的多线程程序，需要使用头文件pthread.h，连接时需要使用库libpthread.a，Linux下pthread的实现是通过系统调用clone（）来实现的，clone（）是Linux所特有的系统调用，它的使用方式与fork类似。
在Linux下进行多线程编程要用到pthread_create和pthread_join这两个函数，并声明一个pthread_t型的变量。
3.3创建一个线程
函数pthread_create用来创建一个线程，原型为：
externintpthread_create（（pthread_t*__thread,__constpthread_attr_t*__attr,void*（*__start_routine）（void*）,void*__arg））
第一个参数为指向线程标识符的指针，第二个参数用来设置线程属性，第三个参数是线程运行函数的起始地址，最后一个参数是运行函数的参数。
函数thread不需要参数时，最后一个参数设为空指针。
第二个参数设为空指针时，将生成默认属性的线程。
当创建线程成功时，函数返回0，若不为0则说明创建线程失败，常见的错误返回代码为EAGAIN和EINVAL。
前者表示系统限制创建新的线程，例如线程数目过多了；
后者表示第二个参数代表的线程属性值非法。
创建线程成功后，新创建的线程则运行参数三和参数四确定的函数，原来的线程则继续运行下一行代码。
3.4等待一个线程结束
函数pthread_join用来等待一个线程的结束，函数原型为：
externintpthread_join__P（（pthread_t__th,void**__thread_return））;
第一个参数为被等待的线程标识符，第二个参数为一个用户定义的指针，它可以用来存储被等待线程的返回值。
这个函数是一个线程阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止，当函数返回时，被等待线程的资源被收回。
3.5信号量
信号量的数据类型为结构sem_t，它本质上是一个长整型的数。
函数sem_init（）用来初始化一个信号量，它的原型为：
externintsem_init__P（（sem_t*__sem,int__pshared,unsignedint__value））;
sem为指向信号量结构的一个指针；
pshared不为０时此信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程共享；
value给出了信号量的初始值。
函数sem_post（sem_t*sem）用来增加信号量的值。
当有线程阻塞在这个信号量上时，调用这个函数会使其中的一个线程不在阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。
函数sem_wait（sem_t*sem）被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0，解除阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少。
函数sem_trywait（sem_t*sem）是函数sem_wait（）的非阻塞版本，它直接将信号量sem的值减一。
3.6伪码实现
intcount=0；
//等候理发的顾客数
intchairs=5；
//为顾客准备的椅子数
semaphoremutex=1；
//用于互斥访问count
semaphorecustomers=0；
//用来记录等候理发的顾客数
semaphorebarbers=1；
//用来记录正在等候顾客的理发师数
barber（）//理发师线程
{
while（true）//判断有无顾客
wait（cutomers）;
//若无顾客,理发师睡眠
wait（mutex）;
//互斥
count--;
//等候顾客数少一个
signal（mutex）;
//释放临界资源
cut_hair;
//正在理发
signal（barber）;
//理发师去为一个顾客理发
}
customer（）//顾客线程
while（true）
wait（mutex）;
//互斥
if（count<
n）
{
count++;
//等候顾客数加1
signal（customers）;
//必要的话唤醒理发师
wait（barber）;
//无理发师,顾客坐着养神
get_haircut;
//顾客坐下等理发师
}
else
//人满了,顾客离开
4.程序采用的数据结构
通过分析课程设计要求，定义以下的数据:
time_tend_time;
//结束时间
sem_tmutex,customers,barbers;
//设定三个信号量mutex,customer,barbers
intcount=0;
//等待理发的顾客数
intchair[5];
//用来标识椅子的状态（是否为空）
5.程序采用的系统调用
＃include<
iostream.h>
windows.h>
random（）;
随机产生顾客的函数
cuthair（）;
理发师的理发函数
gethaircut（）顾客被理发的函数
Barber（）；
理发师线程
Customer（）；
顾客线程
Main（）；
实现线程的操作
6.程序开发及运行环境
系统平台：
windows环境
实现语言：
C++语言
开发工具：
MicrosoftVisualC++6.0
7.程序总体框图
F
T
T
T
FF
F
8.程序各模块的功能
gethaircut（）顾客被理发的函数
9.程序各模块的流程图
9.1理发师（Barber）模块
理发师模块的流程图如下图所示：
9.2顾客（Customer）模块
顾客模块的流程图如下图所示：
10.程序的运行
10.1VC环境下源程序
10.2运行步骤及结果
11.课程设计总结
本次课程设计完成了多线程同步方法理发师问题全部过程。
在Windows下编程通过，在程序中使用了5个顾客和1个理发师线程，个数可以任意地设置。
所有的顾客共享顾客线程函数，理发师用的是理发师线程函数。
每个顾客和理发师都有自定义的用数字串表示的线程标识符，所有的线程同步执行。
从运行的结果可以清晰的看出动态的执行效果，并且每次运行的结果也不同。
通过本次设计，我熟悉了Windows下的多线程编程和信号量实现PV操作的全过程，开拓了思路，锻炼了实践动手能手。
同时，能很好的区分线程和进程的概念，对同步和互斥问题也有了更深一步的理解。
12.参考文献
[1]周峰、周艳计算机操作系统原理教程与实训[M].北京大学出版社2006.1
[2]张尧学计算机操作系统教程（第三版）[M]清华大学出版社2006.10
[3]张丽芬、刘利雄、王全玉等《操作系统实验教程》[M]清华大学出版社。
[4]周湘贞、曾宪权《操作系统原理与实践教程》[M]清华大学出版社。
[5]宋晓宇《Windows操作系统核心编程实验教程》[M]中国铁道出版社。
13.附录
#include<
math.h>
#definerandom（rand（）*10000）/RAND_MAX//定义一个随机函数来产生顾客，并且使个顾客间的时间少于10秒
intlongwaiting（0）;
//正在等待的顾客的数目
intchairs;
//椅子的总数目
charopen_door;
//开门
charclose_door;
//关门
intcount（0）;
//顾客的号码数
intfinish（0）;
//理发完毕的顾客数目
DWORDa;
voidcuthair（）
{
:
Sleep（1000）;
cout<
<
"
理发完成!
endl;
//理发师理发函数，用时10秒
}
voidgethaircut（）
Sleep（1001）;
//顾客被理发的函数，为了和理发师之间有所区别，比理发师理发时间长0.001秒。
第"
finish<
个顾客理发完毕,离开"
HANDLEMutex=:
CreateMutex（NULL,FALSE,"
Mutex"
）;
//用来实现进程的互斥
HANDLEbarbers=:
CreateSemaphore（NULL,1,1,"
barbers"
//定义信号量来进行线程间的同步
HANDLEcustomers=:
CreateSemaphore（NULL,0,3,"
customers"
DWORDWINAPIcustomer（LPVOIDpParm2）//顾客的线程
:
WaitForSingleObject（Mutex,INFINITE）;
//p（mutex）来进行互斥操作
count++;
//来的是第几个顾客
cout<
叮咚！
第"
count<
个顾客来了"
//////////////////////
if（waiting<
chairs）//如果还有椅子可以坐
{
if（waiting!
=0）{
此时有"
waiting<
个人在等待理发"
}
else
没有人在等待"
//输出有多少人在等待
waiting++;
还有"
chairs-waiting+1<
个座位"
有座位，顾客已经坐下"
ReleaseSemaphore（customers,1,NULL）;
//v（customer）
ResumeThread（customers）;
//唤醒理发师进程
ReleaseMutex（Mutex）;
//释放互斥量，以便其他线程使用
WaitForSingleObject（barbers,INFINITE）;
//等待理发
gethaircut（）;
//理发并离开
座位已满，第"
个顾客离开"
//没有椅子，顾客直接离开
return0;
DWORDWINAPIbarber（LPVOIDpParm1）//理发师的线程
while（true）//一直执行
WaitForSingleObject（customers,INFINITE）;
//p（customers），等待顾客
WaitForSingleObject（Mutex,INFINITE）;
//等待互斥量
waiting--;
//等待的人数减一
ReleaseSemaphore（barbers,1,NULL）;
//释放信号量
ResumeThread（barbers）;
//唤醒顾客进程
//v（mutex）;
//理发
finish++;
//理发完毕的顾客数目加一
return0;
intmain（intargc,char*argv[]）
请输入椅子的总数目:
;
cin>
>
chairs;
理发店共有"
chairs<
把椅子"
//设置椅子数目
开门接待顾客吗?
Y/N"
//是否开门营业
open_door;
///////////////////////
while（open_door!
='
y'
）
endl<
********对不起，尚未开门！
********"
//开门接待顾客////////////////////
HANDLEhThread1;
HANDLEhThread2;
hThread2=:
CreateThread（NULL,0,barber,NULL,0,NULL）;
//产生一个理发师进程
//顾客到来////////////////////
while（close_door!
）//不关门，顾客继续到来
Sleep（random）;
//顾客随机到来
//产生一个顾客进程////////////////////
hThread1=:
CreateThread（NULL,0,customer,NULL,a,NULL）;
//产生一个顾客进程
********营业中，欢迎光临！
if（finish>
=4&
&
waiting==0）//如果完成数超过4并且没有人等待
{
已经为"
个顾客理发了，要关门下班吗?
//提示是否关门
cin>
close_door;
returnclose_door;
else;
if（close_door=='
********对不起，暂停营业！
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