睡眠理发师课程设计含有源代码docx.docx

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安就理工大爭

课程设计说明书

（操作系统）

题目:

睡眠理发师问题

院系：

计算机科学与工程专业班级：

电子仪器12-2班

学号：

2012303231

学生姓名：

方韬

指导教师：

王军号

2014

年12月23日

安徽理工大学课程设计（论文）任务书

计算机科学与工程学院

学号

2012303231学生姓名方韬专业（班级）电子仪器12-2

设计题目

睡眠理发师问题

设计技术参数

考虑一个理发店，只有一个理发师，只有n张可供顾客等待理发的椅子，如

果没有顾客，则理发师睡觉；如果有一顾客进入理发店发现理发师在睡觉，则把他叫醒，写一个程序协调理发师和顾客之间的关系。

通过研究Linux的线程机制

和信号量实现睡眠理发师冋题（Sleeping-BarberProblem）的并发控制，用多线

程同步方法解决睡眠理发师问题（Sleeping-BarberProblem）。

设计要求

1、每个顾客进入理发室后，即时显示“Entered”及其线程标识，还同时显示理发室共有几名顾客及其所坐的位置。

2、至少有10个顾客，每人理发至少3秒钟。

3、在完成电子设计后，要求写一份详细的设计报告。

工作量

编写代码不少于200行；程设计说明书不少于15页。

工作计划

第一周：

整体分析，查阅资料;

第二周：

总结出大概设计思路；第三周：

着手实现，写好相应的代码；第四周：

系统调试，完善系统程序。

参考资料

《计算机操作系统》教材

《软件工程》

《C使用手册》

指导教师签字系主任签字

2014年12月23日

安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表

学生姓名：

方韬学号：

2012303231专业班级：

电子仪器12-2

课程设计题目：

睡眠理发师问题

指导教师评语：

成绩：

指导教师：

年月日

1.课程设计要求1

2.课程设计目的1

3.设计思想说明1

4.课程设计内容1

4.1头文件声明1

4.2定义各种变量

4.3信号量的定义

4.4相关函数及线程的定义

5.数据结构说明

6.程序用到的系统调用（API）

7.程序总体算法流程图

8.程序运行

9.源代码

十.总结

参考文献

2.

2

2

2

3

4

••…5

...7

10

11

1.课程设计要求

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。

2.课程设计目的

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。

3.设计思想说明

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。

4.课程设计内容

4.1头文件声明

#include"stdafx.h"

#include"windows.h"

#include"iostream.h"

#include"math.h"

4.2定义各种变量

intlongwaiting（0）;

intcharcharintint

chairs;

open_door;close_door;count（0）;

finish（0）;

4.3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"）;

4.4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[]）

5.数据结构说明

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。

6.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—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

八.程序运行

（1）键入店中的椅子数

g*D:

\Progra>Files\C++BicrosoftVisualStudioMyProjects\babe\Debug\ba.

解翳曙椅子窗

區否开始接荐顾客?

丫刑

（2）键入椅子数后询问是否接待顾客

匚：

\*D:

\Progra>Files\C++BicrosoftVisualStudioMyProjects\babe\Debug\ba.

樹入理发店中的椅子个数詣阳中有碍巴营子足否开始接荐顾客?

S

y

顾客IHi第1个顾客到来医人卷第待理发

蒯鑫3个座位

有仝位，顾客己坐下住在营业，请进I

（3）开始接待顾客，第一个顾客到来

曲*D:

\Frogra>Files\C++BicrosoftVisualStudio\ByProjects\babe\Debug\ba...

剩余戈个座位

言空位，顾容己坐下揽发结束t

笫Z个顾客理览完毕，离开

正在营业，请进！

住在犁,一"现善聲卩卜人在等持昨剩尔玄个座检

启空位，顾客已坐下

IIW

七.戛響个顾窖到来

诵理

6进征竟位福

©需

正在背业，fiiti

卩贞客槿门!

#7个顾客到来鞍讒年？

第，个顾客离开理发店第齐范詮理发完毕•离开

（4）依次有顾客到来

臺霧東警已土不

肾4个顾客理发完毕，离开

正在营业，请进！

正在富业，请进！

顾客gni1?

个顾客到来酸更姿以在等待理发剩卿个座隹

有空位，顾客已坐下

理发结東?

第5个顾客理发完毕，离开

门业

蠶吕有⑴位客在在龛仝顾正现剩有

「发

1W

正在营业，WS!

正在营业，请进！

顾客嚴门I第11个顾客到来没有箜柿子，第“个顾客离开理发店

网寰越门1«16个顾客到来眉有空椅子，第述个顾客离开理发店

正在亶业，请进！

正在買业，请进I

棘客亀11第1?

丫顾宮到来殳肴鈿子，第弁理发店隹在亶业，请进I正在亶吐，请进！

詹魏曾巖霜葺蘇理发店

18S'蠡;个顾钢来

没有空椅子，第H个顾客离开理发店

»fL子业业诂在在客有正正顾没

诒进I

请进！

弟20个顾客到来

第翻个顾客离弁理发店

（5）还有顾客依次到来

九.源代码

#inelude"stdafx.h"

#inelude"windows.h"

#inelude"iostream.h"

#inelude"math.h"

intlongwaiting（0）;

intchairs;

charopen_door;

charclose_door;

intcount（0）;

intfinish（0）;

//等待理发的顾客人数

//店中椅子的总数目

//开门

//关门

〃顾客的序号

〃已经理完发的顾客人数

DWORDa;（无符号整数32位）

HANDLEMutex二:

:

CreateMutex（NULL,FALSE,"Mutex"）;//用来实现进程的互斥

HANDLEbarbers

间的同步

=:

:

CreateSemaphore（NULL,1,1,"barbers"）;/定义信号量来进行线程

HANDLEcustomers=:

:

CreateSemaphore（NULL,0,3,"customers"）;//定义信号量来进行线程间的同步

intrandom（）

//定义随机函数来产生顾客，并使两个顾客间的时间少于15秒

{

return（rand（）*15000）/RAND_MAX;

}

voidcuthair（）

//理发师的理发函数，用时15秒

{

:

:

Sleep（15000）;

cout«"理发结束!

"<

}

voidgethaircut（）

//顾客被理发的函数

{

:

:

Sleep（15001）;〃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1毫秒

coutvv"第"vvfinishvv"个顾客理发完毕,离开"<

}

DWORDWINAPIcustomer（LPVOIDpParm2）

//顾客线程

{

:

:

WaitForSingleObject（Mutex’INFINITE）;〃P（mutex）来进行互斥操作

count++;〃来的是第几个顾客

cout«"顾客敲门！

第"<

if（waiting

{

if（waiting!

=0）

{

cout«"现在有"vvwaiting<<"个人在等待理发"<

}

else

coutvv"无人在等待理发"<

waiting++;

coutvv"剩余"vvchairs-waiting+1<<"个座位"<

coutvv"有空位，顾客已坐下"<

:

:

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

}

else

{

coutvv"没有空椅子，第"vvcountvv"个顾客离开理发店"vvendl;//没有椅子，顾客直接离开

:

:

ReleaseMutex（Mutex）;

}

return0;

}

DWORDWINAPIbarber（LPVOIDpParml）

//理发师线程

{

while（true）

//外循环

{

:

:

WaitForSingleObject（customers,INFINITE）;//p（customers）,等待顾客

//等待互斥量

//等待的人数减1

//释放信号量

〃唤醒顾客进程

//v（mutex）;

//理发

〃理发完毕的顾客数目加1

:

:

WaitForSingleObject（Mutex,INFINITE）;waiting--;

:

:

ReleaseSemaphore（barbers,1,NULL）;

:

:

ResumeThread（barbers）;

:

:

ReleaseMutex（Mutex）;cuthair（）;

finish++;

}

return0;

}intmain（intargc,char*argv[]）

//实现线程的操作

{

coutvv"输入理发店中的椅子个数:

";

cin>>chairs;

cout«"店中有"vvchairsvv"把椅子"<

Y/N"«endl;〃是否开门营业

cin>>open_door;

while（open_door!

='Y'）

{

coutvvendlvv"尚未营业！

"<

coutvv"是否开始接待顾客?

Y/N"<

cin>>open_door;

}_

HANDLEhThreadl;

HANDLEhThread2;

hThread2=:

:

CreateThread（NULL,O,barber,NULL,O,NULL）;//产生一个理发师进程while（open_door='y'）

{_

while（close_door!

='y'）

{_

:

:

Sleep（random（））;〃函数实现顾客随机到来

hThread仁:

:

CreateThread（NULL,0,customer,NULL,a,NULL）;

cout«endlvv"正在营业，请进！

"<

if（finish>=8&&waiting==0）

//如果完成数超过8并且没有人等待

{

coutvv"已经为"<

"<

cin>>close_door;

returnclose_door;

}

}

if（close_door=='y'）

{_

coutvv"暂停营业！

欢迎下次光临！

"<

return0;

}

return0;

}

十.总结

经过这长达几周的不断机房实验，终于成功完成了此次的数据库课程设计。

课程设计虽然结束了，但在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何

去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程.“千里之行始于

足下”通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义•我们今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础.

在这次设计过程中，我们小组成员之间分工明确，协调一致的工作。

此次课程设计充分体现出小组的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

当然在这过程中，我们也不可避免的遇到了困难。

幸亏有同学和实验老师对我们的帮助。

在此向那些为他们说一声谢谢。

参考文献

[1]庞丽萍阳富民•计算机操作系统（第四版）北京：

人民邮电出版社，2006

[2]RobertLove编著.Linux内核设计与实现.北京：

机械工业出版社，2006

[3]李善平著.Linux内核指导.杭州：

浙江大学出版社,2002