睡眠理发师课程设计报告.docx
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睡眠理发师课程设计报告
成绩
《操作系统》课程设计报告
专业：
计算机科学与技术
班级：
08计本
（2）班
学号
姓名
题目名称：
理发师问题
完成日期：
2011.6
甘肃政法学院计算机科学学院
睡眠理发师问题
一.题目内容
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。
二.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。
三.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。
四.系统结构的说明
（一）头文件声明
#include"stdafx.h"
#include"windows.h"
#include"iostream.h"
#include"math.h"
（二）定义各种变量
intlongwaiting（0）;
intchairs;
charopen_door;
charclose_door;
intcount（0）;
intfinish（0）;
（三）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"）;
（四）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[]）
五.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。
六.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一次，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
（2）键入椅子数后询问是否接待顾客
（3）开始接待顾客，第一个顾客到来
（4）依次有顾客到来
（5）还有顾客依次到来
九.使用说明书
打开VC++6.00编译环境，新建工程名，将上述代码复制粘贴编译运行即可看到运行窗口。
然后根据窗口提示，从键盘输入椅子数并按回车键即可。
然后再根据提示，即可进行相应操作。
其中一些窗口内容如上面一些截图所示。
十.程序设计总结
通过这次课程设计，我们搜索了理发师问题的相关资料，又对课本知识进行了进一步的深入学习。
在完成该程序的编写的过程中，使我对课堂上所学的理论知识有了一个更深更具体的认识，尤其对操作系统课程中的信号量，线程，中断等内容有了进一步的认识，并吸收整合了网络上一些优秀的代码，经历了不少艰辛，终于完成了此项任务。
总的来讲，此次课程设计对我们操作系统知识的巩固起了重要作用，让我们受到了很多启发，懂得了怎样更好的去学习操作系统课程。
在做的过程中也遇到很多问题。
主要有：
为什么现在我在vs2005中编写c++程序还要加上#include"stdafx.h"这么一句，不加就报错？
名称的英文全称为：
StandardApplicationFrameworkExtensions。
分析原因如下
头文件预编译，就是把一个工程（Project）中使用的一些MFC标准头文件（如Windows.H、Afxwin.H）预先编译，以后该工程编译时，不再编译这部分头文件，仅仅使用预编译的结果。
这样可以加快编译速度，节省时间。
预编译头文件通过编译stdafx.cpp生成，以工程名命名，由于预编译的头文件的后缀是“pch”，所以编译结果文件是projectname.pch。
参考文献
[1]张丽芬，刘立雄，王全玉.操作系统实验教程[M].北京：
清华大学出版社，2010
[2]张尧学，史美林，张高.计算机操作系统实验教程[M].北京：
清华大学出版社，2010,1
[3]颜彬,欧阳泉,李登实,徐宏云.计算机操作系统实验教程（21世纪高等学校计算机教育实用规划教材）,2011,2
[4]何宗健，张慧娟.基于Windows内核的“操作系统”设计[J].计算机教育，2009.14
[5]程序员联合开发网
附录
（一）代码清单
#include"stdafx.h"
#include"windows.h"
#include"iostream.h"
#include"math.h"
intlongwaiting（0）;//等待理发的顾客人数
intchairs;//店中椅子的总数目
charopen_door;//开门
charclose_door;//关门
intcount（0）;//顾客的序号
intfinish（0）;//已经理完发的顾客人数
DWORDa;（无符号整数32位）
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
%（）HANDLE（句柄）是windows操作系统中的一个概念。
指的是一个核心对象在某一个进程中的唯一索引，而不是指针。
由于地址空间的限制，句柄所标识的内容对进程是不可见的，只能由操作系统通过进程句柄列表来进行维护。
句柄列表:
每个进程都要创建一个句柄列表，这些句柄指向各种系统资源，比如信号量，线程，和文件等，进程中的所有线程都可以访问这些资源
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
cout<<"第"<}
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"<}
else
cout<<"无人在等待理发"<waiting++;
cout<<"剩余"<cout<<"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
{
cout<<"没有空椅子，第"<:
:
ReleaseMutex（Mutex）;
}
return0;
}
DWORDWINAPIbarber（LPVOIDpParm1）
//理发师线程
{
while（true）
//外循环
{
:
:
WaitForSingleObject（customers,INFINITE）;//p（customers），等待顾客
:
:
WaitForSingleObject（Mutex,INFINITE）;//等待互斥量
waiting--;//等待的人数减1
:
:
ReleaseSemaphore（barbers,1,NULL）;//释放信号量
:
:
ResumeThread（barbers）;//唤醒顾客进程
:
:
ReleaseMutex（Mutex）;//v（mutex）;
cuthair（）;//理发
finish++;//理发完毕的顾客数目加1
}
return0;
}
intmain（intargc,char*argv[]）
//实现线程的操作
{
cout<<"输入理发店中的椅子个数:
";
cin>>chairs;
cout<<"店中有"<cout<<"是否开始接待顾客?
Y/N"<cin>>open_door;
while（open_door!
='y'）
{
cout<"<cout<<"是否开始接待顾客?
Y/N"<cin>>open_door;
}
HANDLEhThread1;
HANDLEhThread2;
hThread2=:
:
CreateThread（NULL,0,barber,NULL,0,NULL）;//产生一个理发师进程
while（close_door!
='y'）
{
:
:
Sleep（random（））;//函数实现顾客随机到来
hThread1=:
:
CreateThread（NULL,0,customer,NULL,a,NULL）;
cout<"<if（finish>=8&&waiting==0）
//如果完成数超过8并且没有人等待
{
cout<<"已经为"<"<cin>>close_door;
returnclose_door;
}
}
if（close_door=='y'）
{
cout<<"暂停营业！
欢迎下次光临！
"<return0;
}
return0;
}
（二）课程设计分工表
姓名
主要完成工作
谢勇强
丁丽霞
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