理发师问题的实现说明书.docx
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理发师问题的实现说明书
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实践教学
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兰州理工大学
计算机与通信学院
2012年秋季学期
操作系统原理课程设计
题目：
理发师问题的实现
专业班级：
计算机科学与技术4班
姓名：
曹文波
学号：
10240406
指导教师：
王燕
成绩：
目录
目录··························································2
摘要··························································3
关键字··························································3
设计思想··························································4
正文··························································4
一、数据结构····················································5
1、信号量··················································5
2、全局变量················································5
3、函数····················································5
二、程序模块····················································6
1、理发师模块流程图········································6
2、顾客模块流程图··········································7
3、主程序流程图············································8
4、PV操作伪代码···········································9
三、运行结果····················································10
1、代码编辑·················································10
2、编译运行·················································12
3、运行结果·················································10
设计总结···························································13参考文献···························································14
致谢·······························································15
附录：
源代码·······················································16
摘要
理发师问题是一个利用信号量进行PV操作的经典问题。
设计程序实现此问题，要使得理发师的活动与顾客的活动得到各自真实的模拟。
所执行的程序应体现：
理发师在没有顾客的时候去睡觉，有顾客则工作；顾客在理发师工作时坐下等待，无座时离开，直至等到理发师自己理发。
关键字：
理发师，顾客，PV操作。
设计思想
打瞌睡的理发师问题是一种同步问题的抽象描述。
计算机系统中的每个进程都可以消费或生产某类资源，当系统中某一进程使用某一资源时，可以看作是消耗，且该进程称为消费者。
而当某个进程释放资源时，则它就相当一个生产者。
因此此题可看作是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）。
所以可以通过一个有界缓冲区把理发师和顾客联系起来。
而其中的信号也具有两种功能：
一是跟踪资源的理发师和顾客的计数器；二是协调资源的理发师和顾客之间的同步器。
通过对信号进行P、V操作来实现有关问题和相关描述。
1、数据结构：
1、信号量：
intCustom;//所有到达的顾客，包括正在被理发的顾客，所以一般情况下，Custom比Wait_Person大1
intMutex;//用于实现全局变量Wait——preson访问的互斥
intWait_Leave;//等待离开信号量，用来表示几个顾客等待离开，只要理发师为其理发完毕，他就可以离开了
2、全局变量：
int*Is_Sleeping;//当前理发师是否在睡觉
3、函数：
voidprint1（intWait_person）
voidprint2（intID）
4：
Linux提供的多线程函数：
intpthread_create（pthread_t*—thread,_constpthread_attr_t*attr,void*（*start_rtn）（void*）,void*arg）;
intpthread_join__P（（pthread_t__th,void**__thread_return））;pthread_attr_init（&attr）;
pthread_attr_getschedparam（&attr,¶m）;
param.sched_priority=newprio;
pthread_attr_setschedparam（&attr,¶m）;
pthread_create（&tid,&attr,（void*）myfunction,myarg）；
pthread_detach（thread_id）；pthread_tpthread_self（void）;
二、程序模块：
1、理发师模块流程图：
2、顾客模块流程图：
3、主程序流程图：
4、PV操作伪代码
intwaiting=0；//等候理发的顾客数
intchairs=n；//为顾客准备的椅子数
semaphorecustomers=0,barbers=0,mutex=1;
barber（）
{
while（TRUE）;//理完一人,还有顾客吗?
P（cutomers）;//若无顾客,理发师睡眠
P（mutex）;//进程互斥
waiting-=1;//等候顾客数少一个
V（barbers）;//理发师去为一个顾客理发
V（mutex）;//开放临界区
cut-hair（）;//正在理发
}
customer（）
{
P（mutex）;//进程互斥
if（waiting）
{
waiting+=1;//等候顾客数加1
V（customers）;//必要的话唤醒理发师
V（mutex）;//开放临界区
P（barbers）;//无理发师,顾客坐着养神
get-haircut（）;//一个顾客坐下等理/
}
elseV（mutex）;//人满了,离开
}
三、测试结果：
1、代码编辑：
2、编译运行：
3、运行结果：
设计总结
本次课程设计完成了多进程同步方法理发师问题全部过程，结果满足设计要求，验证无误。
设计过程中也遇到不少困难，尤其是关于多进程程序的设计实现。
特别需要注意的是由于进程的数据共享会带来其他一些问题，while循环中的各个循环小模块需要严格区别开来，才能使输出结果正确有序。
这些正是编写多进程程序时最需要注意的地方。
通过本次设计，我较好地掌握了通过研究Linux的进程机制和信号量实现PV操作的全过程，尤其是对多进程程序设计方法有了更深的理解，开拓了思路，锻炼了实践动手能手，达到了课程设计目的。
参考文献
1.汤子瀛，哲凤屏.《计算机操作系统》.西安电子科技大学学出版社.
2.王清，李光明.《计算机操作系统》.冶金工业出版社.
3.孙钟秀等.操作系统教程.高等教育出版社
4.曾明. Linux操作系统应用教程.陕西科学技术出版社.
5.张丽芬，刘利雄.《操作系统实验教程》.清华大学出版社.
6.孟静， 操作系统教程－－原理和实例分析.高等教育出版社
7.周长林，计算机操作系统教程.高等教育出版社
8.张尧学，计算机操作系统教程，清华大学出版社
9.任满杰，操作系统原理实用教程，电子工业出版社
致谢
在此次课程设计的过程中，我首先要感谢我的指导老师王燕老师，给了我很大的帮助，与此同时班里的同学也教会了我很多相关Linux系统的许多知识，对此次课程设计的程序的调试工作给予了大力的帮助,通过这次课程设计,我学会了Linux系统下编程,调试以及运行C语言程序,同时更深刻地了解了操作系统的相关同步问题原理,使我学到了操作系统的更多知识。
附录：
源代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineN5
#defineM20
intCustom;
intMutex;
intWait_Leave;
int*Is_Sleeping;
voidprint1（intWait_person）
{
if（!
Wait_person）
{
printf（"Nocustomerhere,gotosleep.\n"）;
*Is_Sleeping=1;
}
}
voidprint2（intID）
{
if（*Is_Sleeping）
{
printf（"Newcustomer%dcomes,weakupthebarber.\n",ID）;
*Is_Sleeping=0;
}
else
printf（"Newcustomer%dcomes,therearesomeschairsfree,sitsandwaites.\n",ID）;
}
intmain（）
{
structsembufP,V;
unionsemunarg;
intPid,i=0;
int*Wait_Person;
//映射共享内存,临界区
Wait_Person=（int*）mmap（NULL,sizeof（int）,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0）;
*Wait_Person=0;
Is_Sleeping=（int*）mmap（NULL,sizeof（int）,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0）;
*Is_Sleeping=0;
Custom=semget（IPC_PRIVATE,1,IPC_CREAT|00666）;
Mutex=semget（IPC_PRIVATE,1,IPC_CREAT|00666）;
Wait_Leave=semget（IPC_PRIVATE,1,IPC_CREAT|00666）;
arg.val=0;
if（semctl（Custom,0,SETVAL,arg）==-1）
perror（"semctlsemevalerror"）;
arg.val=1;
if（semctl（Mutex,0,SETVAL,arg）==-1）
perror（"semctlsemevalerror"）;
arg.val=0;
if（semctl（Wait_Leave,0,SETVAL,arg）==-1）
perror（"semctlsemevalerror"）;
V.sem_num=0;
V.sem_op=1;
V.sem_flg=SEM_UNDO;
P.sem_num=0;
P.sem_op=-1;
P.sem_flg=SEM_UNDO;
Pid=fork（）;
if（Pid==0）
{//理发师进程
while
（1）
{
semop（Mutex,&P,1）;
print1（*Wait_Person）;
semop（Mutex,&V,1）;
semop（Custom,&P,1）;
semop（Mutex,&P,1）;
（*Wait_Person）--;
semop（Mutex,&V,1）;
printf（"Barberisworking!
\n"）;
sleep（3）;
printf（"Onejobfinished.\n"）;
semop（Wait_Leave,&V,1）;
}
printf（"******************Lastoneisfinished,closethedodr.**********************\n"）;
}
else
{
while
（1）
{
if（Pid==0）
{
semop（Mutex,&P,1）;
if（（*Wait_Person）>=N）
{
semop（Mutex,&V,1）;
printf（"Newcustomer%dcomes，thereisnochairandgoaway.\n",getpid（））;
exit（0）;
}
else
{
print2（getpid（））;唤醒理发师，否则，等待
（*Wait_Person）++;
semop（Mutex,&V,1）;
semop（Custom,&V,1）;
semop（Wait_Leave,&P,1）;
printf（"Customer%dfinished，getoutofhere.\n",getpid（））;
exit（0）;
}
}
else
{
sleep（rand（）%100/30.0）;
if（i{
Pid=fork（）;
i++;
}
else
break;
}
}
if（i==M）
{
wait（NULL）;
}
}
return0;
}
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