操作系统课程设计.docx
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操作系统课程设计
计算机与信息学院
操作系统课程设计
专业班级
信息安全10-02班
学生姓名及学号
刘禹20103046
课程教学班号
0002
任课教师
田卫东老师
实验指导教师
田卫东老师
实验地点
逸夫实验楼507
2012~2013学年第2学期
1、题目：
多进程/线程编程：
哲学家问题。
设置进程/线程，描述哲学家；
随机启动哲学家，显示进程/线程执行状态；
随着线程的执行，更新显示；
编写正确的哲学家程序，设法延迟线程的执行，使之出现死锁；
编写正确的哲学家程序，保证不出现死锁；
题目描述：
哲学家问题：
由Dijkstra提出并解决，是典型的同步问题。
问题描述有多个（设为number）哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围number个椅子上，在圆桌上有number个碗和number个筷子，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐。
平时，一个哲学家进行思考，饥饿时便试图取用其左右最靠近他的筷子，只有在他拿到两只筷子时才能进餐，进餐完毕，放下筷子继续思考。
2、开发环境：
开发工具：
VisualC++6.0；
开发环境：
Windows下多进程/线程编程
开发语言：
C++
3、总体算法：
设哲学家人数为number（程序中赋值为5），采用哲学家问题的一种解法：
（1）采用p、v操作，哲学家拿起筷子后就持有该资源，等到吃完放下筷子后其他哲学家才能拿起该筷子；同样，哲学家需要的某筷子被其他哲学家持有时，等待，进程因而阻塞。
（2）第一个到第number-1个哲学家采用一种进程描述，先左手拿筷子，之后右手才能拿。
（3）只有最后一个哲学家定义另一进程：
必须拿右手边筷子，之后再拿左手边的筷子。
（4）所采用方法其实质是编号资源的方法，把筷子看为临界资源，按其序号编号，哲学家只能由小到大申请资源即为本算法。
（5）出现死锁的方法：
最后一个哲学家也是先拿左手边的筷子，再拿右手边的筷子时就容易出现死锁。
4、详细设计
1.若干常量、变量的定义：
constintnumber=5;//哲学家人数
constintsleep_time=10;//显示时间
constinteating_time=50;//吃饭显示的时间
CRITICAL_SECTIONchopstics[number];//临界资源：
筷子
CRITICAL_SECTIONcs;//控制打印的临界区变量，由于一段时间只能允许一个进程打印到屏幕，所以屏幕也为临界资源
2.状态显示函数：
定义了若干函数显示当前状态：
thingking（inti）（哲学家i正在思考）,
hungry（inti）（饥饿）,
pickup（inti,intj）（哲学家i拿起了筷子j）,
eating（inti）（正在吃饭）,
putdown（inti,intj）（哲学家i放下筷子j）。
另外定义了函数xianshi（inti），每个状态显示函数都调用该函数，显示当前调用的进程。
3.线程定义体：
（1）参数为void*i，i即为调用的进程号，由于void*表示为任意类型的指针，所以要强制类型转换：
intnum=（int）i；
（2）pv操作的实现方法：
EnterCriticalSection（），LeaveCriticalSection（），
EnterCriticalSection（&chopstics[num]）;//拿起左手边的筷子
pickup（num,num）;
EnterCriticalSection（&chopstics[（num+1）%5]）;//拿起右手边的筷子
pickup（num,num+1）;
eating（num）;//吃饭
LeaveCriticalSection（&chopstics[num]）;//放下左边的筷子
putdown（num,num）;
LeaveCriticalSection（&chopstics[（num+1）%5]）;//放下右边的筷子
putdown（num,num+1）;
（3）线程主体为死循环，没有资源时阻塞
4.主进程main（）：
（1）main函数代码如下：
HANDLEhThread[number];
InitializeCriticalSection（&cs）;
//循环建立线程0-3
for（inti=0;i{
InitializeCriticalSection（&chopstics[i]）;
hThread[i]=（HANDLE）_beginthreadex（NULL,0,ThreadFunc1,（void*）i,0,NULL）;
}
//建立线程4
InitializeCriticalSection（&chopstics[number-1]）;
//让其不出现死锁的定义，最后一个哲学家先拿右边筷子，再拿左边筷子
//hThread[number-1]=（HANDLE）_beginthreadex（NULL,0,ThreadFunc2,（void*）（number-1）,0,NULL）;
//出现死锁的定义，最后一个哲学家和其他哲学家一样，也是先拿左边筷子，再拿右边筷子
hThread[number-1]=（HANDLE）_beginthreadex（NULL,0,ThreadFunc1,（void*）（number-1）,0,NULL）;
//等待所有hThread有效
//等待所有线程执行完
WaitForMultipleObjects（number,hThread,true,INFINITE）;
for（i=0;i{
LeaveCriticalSection（&chopstics[i]）;
CloseHandle（hThread[i]）;
}
LeaveCriticalSection（&cs）;
相关说明：
1）初始所有临界区都要初始化，用InitializeCriticalSection（）函数。
2）线程的定义用_beginthreadex（）函数。
_beginthreadex（）函数的原型为unsignedlong_beginthreadex（void*security,unsignedstack_size,unsigne（__stdcall*start_address）（void*）,void*arglist,/*传给线程函数的参数的指针*/unsignedinitflag,unsigned*thrdaddr）;，用到该函数必须链接多线程库文件，步骤为：
projectsetting->c/c++->CodeGenerator->userun-timelibrary->MulitthreadedDLL
3）主进程最后用WaitForMultipleObjects（number,hThread,true,INFINITE）;等待所有线程都执行完，否则阻塞。
由于线程定义都是死循环，不可能执行完，所以这之后的语句执行不到。
此句的作用：
一，当不出现死锁时可以一直执行线程，
二，是当出现死锁时，由于各线程阻塞也没法执行完，主进程因此也阻塞，最后出现死锁。
五、执行结果
一、不出现死锁：
二、出现死锁！
！
！
六、总结
以前没有接触过多线程编程的内容，这一次为做本课程设计完全自学了好多内容。
从网上搜了好多资料，一有不会的就XX。
做的过程中也走了些弯路。
比如开始时搞忘了数组是从0开始的，实际应是从0-（number-1），好多函数的参数搞错了；还有当初不知道怎样实现pv操作；还有开始并没有完全弄清，不清楚main函数是主进程，也是会调用的，因此开始写的程序结果也不对，然后问别人才弄清楚的；程序写完后想润色一下，想把WaitForMultipleObjects（）做为if语句的条件判断，若出现死锁则显示：
出现死
锁！
，运行却并不行，想了会才知道已经出现了死锁程序就阻塞了怎么可能还会继续运行，还是因为当初没弄清。
做完后很有成就感和充实感，因为学会了很多东西，从以前对多线程一无所知，到开始入门有所了解，而且还加深了对操作系统课本相关知识的理解。
总之，做完后“感觉很好”！
现在已经注意到实践的重要，以后会多动手编程，锻炼编程能力的同时还会加深对知识的理解，同时还能培养兴趣。
七、代码
#include
#include
#include
constintnumber=5;//哲学家人数
constintsleep_time=10;//显示时间
constinteating_time=50;//吃饭显示的时间
CRITICAL_SECTIONchopstics[number];//临界资源：
筷子
CRITICAL_SECTIONcs;//控制打印的临界区变量
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//状态显示函数
//显示被调用线程
voidxianshi（inti）{
EnterCriticalSection（&cs）;
cout<<"线程"<"<<"";
LeaveCriticalSection（&cs）;
return;
}
//正在思考
voidthinking（inti）{
EnterCriticalSection（&cs）;
xianshi（i）;
cout<<"哲学家"<Sleep（sleep_time）;
LeaveCriticalSection（&cs）;
return;
}
//正饥饿
voidhungry（inti）{
EnterCriticalSection（&cs）;
xianshi（i）;
cout<<"哲学家"<Sleep（sleep_time）;
LeaveCriticalSection（&cs）;
return;
}
//哲学家i拿起了筷子j
voidpickup（inti,intj）{
EnterCriticalSection（&cs）;
xianshi（i）;
if（j==i）
{
cout<<"哲学家"<-"<}elseif（i==number-1）
{
cout<<"哲学家"<-"<<0<}else
cout<<"哲学家"<-"<Sleep（sleep_time）;
LeaveCriticalSection（&cs）;
return;
}
//显示正在吃饭
voideating（inti）{
EnterCriticalSection（&cs）;
xianshi（i）;
cout<<"哲学家"<Sleep（eating_time）;
LeaveCriticalSection（&cs）;
return;
}
//显示放下筷子
voidputdown（inti,intj）{
EnterCriticalSection（&cs）;
xianshi（i）;
if（j==i）
{
cout<<"哲学家"<+"<}elseif（i==number-1）
{
cout<<"哲学家"<+"<<0<}else
{
cout<<"哲学家"<+"<}
Sleep（sleep_time）;
LeaveCriticalSection（&cs）;
return;
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//线程定义
//用于定义哲学家1-4
UINTWINAPIThreadFunc1（void*i）{
intnum=（int）i;
while
（1）
{
thinking（num）;
hungry（num）;
//wait=WaitForSingleObject（mutex[num],INFINITE）;
EnterCriticalSection（&chopstics[num]）;//拿起左手边的筷子
pickup（num,num）;
//wait=WaitForSingleObject（mutex[num+1],INFINITE）;
EnterCriticalSection（&chopstics[（num+1）%5]）;//拿起右手边的筷子
pickup（num,num+1）;
eating（num）;
LeaveCriticalSection（&chopstics[num]）;//放下左边的筷子
//ReleaseMutex（mutex[num]）;
putdown（num,num）;
//ReleaseMutex（mutex[num+1]）;
LeaveCriticalSection（&chopstics[（num+1）%5]）;//放下右边的筷子
putdown（num,num+1）;
}
return1;
}
//用于定义哲学家5
UINTWINAPIThreadFunc2（void*i）{
intnum=（int）i;
while
（1）
{
thinking（num）;
hungry（num）;
//wait=WaitForSingleObject（mutex[0],INFINITE）;
EnterCriticalSection（&chopstics[0]）;//拿起右手边的筷子
pickup（num,0）;
//wait=WaitForSingleObject（mutex[num],INFINITE）;
EnterCriticalSection（&chopstics[num-1]）;//拿起左手边的筷子
pickup（num,num）;
eating（num）;
//ReleaseMutex（mutex[0]）;
LeaveCriticalSection（&chopstics[0]）;//放下左边的筷子
putdown（num,0）;
//ReleaseMutex（mutex[num]）;
LeaveCriticalSection（&chopstics[num-1]）;//放下右边的筷子
putdown（num,num）;
}
return1;
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
intmain（）
{
HANDLEhThread[number];
//HANDLEhThread2[number];
InitializeCriticalSection（&cs）;
//循环建立线程0-3
for（inti=0;i{
//mutex[i]=CreateMutex（NULL,FALSE,""）;
InitializeCriticalSection（&chopstics[i]）;
hThread[i]=（HANDLE）_beginthreadex（NULL,0,ThreadFunc1,（void*）i,0,NULL）;
}
//建立线程4
InitializeCriticalSection（&chopstics[number-1]）;
//让其不出现死锁的定义，最后一个哲学家先拿右边筷子，再拿左边筷子
//hThread[number-1]=（HANDLE）_beginthreadex（NULL,0,ThreadFunc2,（void*）（number-1）,0,NULL）;
//出现死锁的定义，最后一个哲学家和其他哲学家一样，也是先拿左边筷子，再拿右边筷子
hThread[number-1]=（HANDLE）_beginthreadex（NULL,0,ThreadFunc1,（void*）（number-1）,0,NULL）;
//等待所有hThread有效
/*if（WaitForMultipleObjects（5,hThread2,true,INFINITE））
{
cout<<"出现死锁！
！
"<}*/
//等待所有线程执行完
WaitForMultipleObjects（number,hThread,true,INFINITE）;
for（i=0;i{
LeaveCriticalSection（&chopstics[i]）;
CloseHandle（hThread[i]）;
}
LeaveCriticalSection（&cs）;
return0;
}
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