临界区资源模拟.docx
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临界区资源模拟
课程设计说明书
计算机操作系统课程设计
院系：
计算机科学与工程学院
专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
2013年11月29日
安徽理工大学课程设计（论文）任务书
计算机科学与工程院系
学号
学生姓名
专业（班级）
设计题目
临界区资源模拟
设
计
技
术
参
数
1.实现UP、DOWN原语
2.产生3个进程，两个进程模拟需要进入临界区的用户进程。
当需要进入临界区时，显示：
“进程x请求进入临界区…”，同时向管理进程提出申请；
申请返回，表示进入了临界区。
在临界区中等待一段随机时间，并显示：
“进程x正在临界区…”；
当时间结束，显示：
“进程x退出临界区…”,同时向管理进程提出退出申请；
当申请返回，显示：
“进程x已退出临界区。
”
3.一进程作为原语的管理进程，接受其他进程的临界区进入请求。
设
计
要
求
建立三个进程，模拟进入临界区，然后用一个进程进行管理,另外两个进程模拟用户进程进入临界区。
工
作
量
1、课程设计说明书2000字。
2、画流程图，编写程序代码。
3、调试执行。
工
作
计
划
1、首先认真研究老师所给的题目，了解题目要求做什么。
2、查阅资料，解决问题。
3、编写源程序并调试之。
4、写课程设计说明书。
参
考
资
料
[1]郑莉编著，《Java语言程序设计》，清华大学出版社
[2]汤小丹、梁红兵、哲凤屏、汤子瀛编著，《计算机操作系统》，西安电子科技大学出版社
指导教师签字
系主任签字
年月日
指导教师评语：
成绩：
指导教师：
年月日
安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表
摘要
一般我们在java中运行其它类中的方法时，无论是静态调用，还是动态调用，都是在当前的进程中执行的，也就是说，只有一个java虚拟机实例在运行。
而有的时候，我们需要通过java代码启动多个java子进程。
这样做虽然占用了一些系统资源，但会使程序更加稳定，因为新启动的程序是在不同的虚拟机进程中运行的，如果有一个进程发生异常，并不影响其它的子进程。
在Java中我们可以使用两种方法来实现这种要求。
最简单的方法就是通过Runtime中的exec方法执行javaclassname。
如果执行成功，这个方法返回一个Process对象，如果执行失败，将抛出一个IOException错误。
在临界区资源模拟程序设计中，一个进程作为原语的管理进程，接受其他进程的临界区进入请求：
要建立三个进程，模拟进入临界区，然后用一个进程进行管理。
从而实现UP、DOWN原语，程序中产生3个进程，两个进程模拟需要进入临界区的用户进程。
当需要进入临界区时，显示：
“进程x请求进入临界区…”，同时向管理进程提出申请；申请返回，表示进入了临界区。
在临界区中等待一段随机时间，并显示：
“进程x正在临界区…”；当时间结束，显示：
“进程x退出临界区…”,同时向管理进程提出退出申请；当申请返回，显示：
“进程x已退出临界区。
”
关键字：
java临界区进程
目录
1.课题分析1
1.1问题定义1
1.2可行性研究1
1.3需求分析1
2.课题总体设计2
2.1实验原理2
2.2开发环境2
2.3程序结构2
2.4程序流程图4
2.5程序的体系结构5
3.课题详细设计6
3.1界面设计代码6
3.2临界区及进程管理模块设计代码9
3.3临界资源设计11
3.4设定一个进程作为原语的管理的进程，接受其他进程的临界区进入请求12
3.5通信快设计，两个进程模拟用户进程进行通信12
3.6程序跟踪测试13
4.总结17
4.1设计体会17
4.2系统改进17
参考文献18
1.课题分析
根据课程设计的题目，首先是问题定义阶段,明确课程设计的要求及内容，弄清在这次课程设计中要完成的需求和功能，既“要解决的问题是什么”,因为如果不知道问题是什么就试图解决这个问题,显然是盲目的。
再结合操作系统的原理进行可行性研究，在这个阶段要回答的关键问题是:
“上个阶段确定的问题是否有行得通的解决办法”。
最后一个阶段是需求分析阶段，准确回答“目标系统必须做什么”，对目标系统提出完整、准确、清晰和具体的要求。
1.1问题定义
题目：
临界区资源模拟
设计要求：
建立三个进程，模拟进入临界区，然后用一个进程进行管理。
设计技术参数：
1）实现UP、DOWN原语
2）产生3个进程，两个进程模拟需要进入临界区的用户进程。
当需要进入临界区时，显示：
“进程x请求进入临界区…”，同时向管理进程提出申请；
申请返回，表示进入了临界区。
在临界区中等待一段随机时间，并显示：
“进程x正在临界区…”；
当时间结束，显示：
“进程x退出临界区…”,同时向管理进程提出退出申请；
当申请返回，显示：
“进程x已退出临界区。
”
3）一进程作为原语的管理进程，接受其他进程的临界区进入请求。
1.2可行性研究
题目要求建立三个进程，模拟进入临界区，然后用一个进程进行管理，其余两个进程模拟进入临界区的用户进程。
在我们的操作系统，通过信号量进行访问等是很常见的保证进程同步的方法。
1.3需求分析
在该阶段明确对目标系统，即临界区资源模拟的完整、准确、清晰和具体的要求。
1）实现UP、DOWN原语
2）产生3个进程，两个进程模拟需要进入临界区的用户进程。
3）一进程作为原语的管理进程，接受其他进程的临界区进入请求。
2.课题总体设计
在总体设计的环节，概括的回答“怎样实现目标”，确定解决问题的策略集目标系统中赢包含的程序，明确实验原理及程序结构，确定开发环境，画出程序流程图，设计程序的体系结构。
2.1实验原理
通过编写，创建两个进程模拟需要进入临界区，另外编写一个进程作为原语的管理进程，其负责两个进程的进入！
接着设置一个临界区，让其进程在其中访问遵循空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待的准则。
当进程和临界区建立好后，临界区的数据传输，受到了系统硬件的支持，不耗费多余的资源；而进程间通信传递，由软件进行控制和实现，需要消耗一定的CPU资源。
从这个意义上讲，临界区更适合频繁和大量的数据传输。
进程信息的传递，自身就带有同步的控制。
当等到信息的时候，进程进入睡眠状态，不再消耗CPU资源。
而共享队列如果不借助其他机制进行同步，接收数据的一方必须进行不断的查询，白白浪费了大量的CPU资源。
2.2开发环境
结合自己所掌握的知识和技能，采用Java语言编写程序。
开发平台：
Windows7，JDK1.6，Eclipse3.2
2.3程序结构
1.进程的状态反映进程执行进程的变化。
这些状态随着进程的执行和外界条件发生变化和转换。
下图给出了有一个基本状态，即就绪状态、执行状态与等待状态之间的转换关系。
图2-1
2.PCB的组织方式
PCB的组织方式将处于同一状态的进程组织在一起。
链表：
同一状态的进程其PCB成一链表，多个状态对应多个不同的链表
各状态的进程形成不同的链表：
就绪链表、阻塞链表
索引表：
同一状态的进程归入一个index表（由index指向PCB），多个状态对应多个不同的index表
各状态的进行形成不同的索引表：
就绪索引表、阻塞索引表
图2-2
3.进程队列
为了实现对进程的管理，系统将所有进程的PCB排成若干个队列，成为进程队列。
4.唤醒原语
当等待队列中的进程所等待的事件发生时，等待该事件的所有进程都将被唤醒。
显然，一个处于阻塞状态的进程不可能自己唤醒自己（为什么?
）唤醒一个进程有两种方法：
一种是由系统进程唤醒。
另一种是由事件发生进程唤醒。
当由系统进程唤醒等待进程时，系统进程统一控制事件的发生并将“事件发生”这一消息通知等待进程。
从而使得该进程因等待事件已发生而进入就绪队列。
等待进程也可由事件发生进唤醒。
由事件发生进程唤醒时，事件发生进程和被唤醒进程之间是合作关系。
因此，唤醒原语既可被系统进程调用，也可被事件发生进程调用。
我们称调用唤醒原语的进程为唤醒进程。
唤醒原语首先将被唤醒进程从相应的等待队列中摘下，将被唤醒进程置为就绪状态之后，送入就绪队列。
在把被唤醒进程送入就绪队列之后，唤醒原语既可以返回原调用程序，也可以转向进程调度，以便让调度程序有机会选择一个合适的进程执行。
2.4程序流程图
图2-3程序流程图
2.5程序的体系结构
1．界面设计
2．临界区及进程管理模块设计
3．临界资源设计
4．设定一个进程作为原语的管理的进程，接受其他进程的临界区进入请求
5．通信快设计，两个进程模拟用户进程进行通信
3.课题详细设计
3.1界面设计代码
//设计界面
importjava.awt.BorderLayout;
importjava.awt.Color;
importjava.awt.Container;
importjava.awt.GridLayout;
importjava.awt.Toolkit;
importjava.awt.event.ActionEvent;
importjava.awt.event.ActionListener;
importjava.awt.event.FocusEvent;
importjava.awt.event.FocusListener;
importjavax.swing.JButton;
importjavax.swing.JFrame;
importjavax.swing.JLabel;
importjavax.swing.JPanel;
importjavax.swing.JScrollPane;
importjavax.swing.JTextArea;
importjavax.swing.JTextField;
importjavax.swing.ScrollPaneConstants;
importjavax.swing.border.LineBorder;
publicclassMainFrameextendsJFrameimplementsFocusListener{
JTextAreajta=newJTextArea（）;//多行文本框
staticJTextFieldjtf[]=newJTextField[2];//单行文本框
staticJButtonjb[]=newJButton[2];//按钮
ThreadShowts=newThreadShow（）;
//界面设计
publicMainFrame（）{
super（"编程模拟多进程共享临界资源"）;//题目命名
JLabeljl[]=newJLabel[2];
//初始化单行文本区，并获得焦点
for（inti=0;ijtf[i]=newJTextField（）;
jtf[i].setText（""）;
jtf[i].addFocusListener（this）;
}
jl[0]=newJLabel（"线程1的名称:
"）;//设置标签名称，显示线程
jl[1]=newJLabel（"线程2的名称:
"）;
jb[0]=newJButton（"开始演示"）;//设置按钮名称，控制程序的开始和结束
jb[1]=newJButton（"退出"）;
Containercont=this.getContentPane（）;//初始化一个容器
cont.setLayout（newBorderLayout（））;//设置布局管理器
//面板
JPaneljp1=newJPanel（）;
JPaneljp2=newJPanel（）;
jp1.setLayout（newGridLayout（0,1））;
//添加文本区
for（inti=0;iJPaneltemp=newJPanel（）;
temp.add（jl[i]）;
temp.add（jtf[i]）;
jp1.add（temp）;
}
//添加按钮
for（inti=0;ijp2.add（jb[i]）;
}
jp1.add（jp2）;
jp1.setBorder（newLineBorder（newColor（0,0,0）,10））;
jp1.setBorder（newLineBorder（newColor（238,238,238）,10））;
cont.setLayout（newBorderLayout（））;
cont.add（jp1,BorderLayout.NORTH）;
jta.setEnabled（false）;//设置控件不可用
JScrollPanejs=newJScrollPane（jta,
ScrollPaneConstants.VERTICAL_SCROLLBAR_ALWAYS,
ScrollPaneConstants.HORIZONTAL_SCROLLBAR_AS_NEEDED）;//添加滚动条
jta.setBorder（newLineBorder（newColor（34,57,12）,1））;
js.setBorder（newLineBorder（newColor（238,238,238）,10））;
cont.add（js,BorderLayout.CENTER）;
this.setSize（300,400）;//定义界面大小
this.setDefaultCloseOperation（3）;
//设置当前界面显示时相对屏幕的位置
this.setLocation（
Toolkit.getDefaultToolkit（）.getScreenSize（）.width/2-175,
Toolkit.getDefaultToolkit（）.getScreenSize（）.height/2-200）;
this.setResizable（false）;//窗口大小不可变
this.setVisible（true）;//显示当前窗口
//jb1添加监听器
jb[1].addActionListener（newActionListener（）{
publicvoidactionPerformed（ActionEventarg0）{
if（ts.tu1!
=null&&ts.tu1.isAlive（））ts.tu1.interrupt（）;
if（ts.tu2!
=null&&ts.tu2.isAlive（））ts.tu2.interrupt（）;
System.exit（0）;
}
}）;
//jb0添加监听器
jb[0].addActionListener（newActionListener（）{
publicvoidactionPerformed（ActionEventarg0）{
for（inti=0;iMainFrame.jb[0].setEnabled（false）;
jta.setText（""）;
ts.run（jtf[0].getText（）.trim（）,jtf[1].getText（）.trim（）,jta）;
}
}）;
}
publicstaticvoidmain（Stringares[]）{
newMainFrame（）;
}
publicvoidfocusGained（FocusEventarg0）{
//当用户点击文本框时，文本框就把当前内容清空
JTextFieldjtf=（JTextField）arg0.getSource（）;
jtf.setText（""）;
}
publicvoidfocusLost（FocusEventarg0）{
//TODO自动生成方法存根
}
}
3.2临界区及进程管理模块设计代码
importjava.util.Vector;
importjavax.swing.JOptionPane;
/*临界区*/
classThreadManagerimplementsRunnable{/*指向要管理得临界资源*/
ThingSomeobj;
/*记录obj是否已有使用者*/
booleanjud=false;
Vectorvec=newVector（）;
Stringname;
publicThreadManager（ThingSomets）{
obj=ts;
}
publicvoidrun（）{
while（vec.size（）!
=0）{
for（inti=0;iif（!
（（Thread）vec.get（i））.isAlive（））{//如果线程知行结束
//System.out.println（vec.get（i）.getName（）+""+vec.get（i）.isAlive（））;
（（Thread）vec.get（i））.interrupt（）;//使被阻塞的线程抛出一个中断异//常，从而使线程提前结束阻塞状态，退出堵塞代码。
vec.remove（i）;
}
}
try{
Thread.currentThread（）.sleep（100）;
}catch（InterruptedExceptione）{
//TODO自动生成catch块
e.printStackTrace（）;
}
}
JOptionPane.showMessageDialog（null,"演示完毕","信息",//结束窗口
JOptionPane.INFORMATION_MESSAGE）;
for（inti=0;iMainFrame.jtf[i].setText（""）;
MainFrame.jtf[i].setEditable（true）;
}
MainFrame.jb[0].setEnabled（true）;//控件可用
}
publicvoidaddThreadUser（ThreadUseruser）{
vec.add（user）;
}
//进程控制块
publicvoidtake（Threaduser）{
System.out.println（"进程"+user.getName（）+"请求进入临界区....."）;
obj.jta.append（"进程"+user.getName（）+"请求进入临界区.....\n"）;
//如果jud为true，表示有线程正在使用资源，
//如果jud为false，表示资源没有被使用
while（jud）{
try{
System.out.println（"进程"+user.getName（）+"等待....."）;
obj.jta.append（"进程"+user.getName（）+"等待.....\n"）;
synchronized（obj）{
//进入资源的等待池中,等待被唤醒
obj.wait（）;
}
}catch（InterruptedExceptione）{
//TODO自动生成catch块
//e.printStackTrace（）;
}
}
System.out.println（"进程"+user.getName（）+"进入临界区....."）;
obj.jta.append（"进程"+user.getName（）+"进入临界区.....\n"）;
jud=true;
//使用资源
obj.useing（user）;
jud=false;
System.out.println（"进程"+user.getName（）+"已退出临界区"）;
obj.jta.append（"进程"+user.getName（）+"已退出临界区\n"）;
synchronized（obj）{
//把资源等待池中的线程唤醒
obj.notifyAll（）;
}
}
}
3.3临界资源设计
importjavax.swing.JTextArea;
/*临界资源*/
classThingSome
{
staticJTextAreajta=newJTextArea（）;
publicThingSome（）{}
publicThingSome（JTextAreajta）{
this.jta=jta;
}
publicvoiduseing（Threaduser）{
System.out.println（"进程"+user.getName（）+"正在临界区…"）;
jta.append（"进程"+user.getName（）+"正在临界区…\n"）;
try{
/*模拟使用者使用了该资源一段时间*/
Thread.currentThread（）.sleep（500）;
}
升级会员 