《操作系统》课程设计报告要求Word格式.docx

1、顾客有到来,等待和离去三个事件。店里有固定的椅子数，上面坐着等待的顾客，顾客在到来这个事件时，需判断有没有空闲的椅子，理发师决定要理发或睡觉时，也要判断椅子上有没有顾客。所以，顾客和理发师之间的关系表现为： 顾客理发师之间的同步关系表现为：若无顾客，理发师便在理发椅上睡眠，等待。顾客到来时，先看等候的顾客数是否少于顾客椅子数，不是则离开，否则就留下来，声称要理发，并且等理发师醒来或闲下来，再理发。顾客理发师之间还有互斥关系：由于等候的顾客数变量是临界资源，所以顾客进屋等待理发时对该变量进行的加1操作，以及理发师起身准备给顾客理发时对该变量进行的减1操作必须互斥。因此，引入3个信号量和一个控制变

2、量：（1） 控制变量count用来记录在椅子上等候理发的顾客数，由理发师线程和顾客线程共同访问，初值为0;（2） 信号量customers用来记录等候理发的顾客数，并用作阻塞理发师线程，初值为0;（3） 信号量barbers用来记录正在等候顾客的理发师数，并用作阻塞顾客线程，初值为1;（4） 信号量mutex用于互斥对临界变量count的访问，初值为1.3.2多线程编程原理Linux系统下的多线程遵循POSIX线程接口，称为pthread。编写Linux下的多线程程序，需要使用头文件pthread.h，连接时需要使用库libpthread.a，Linux下pthread的实现是通过系统调用cl

3、one（ ）来实现的，clone（ ）是Linux所特有的系统调用，它的使用方式与fork类似。在Linux下进行多线程编程要用到pthread_create和pthread_join这两个函数，并声明一个pthread_t型的变量。3.3创建一个线程函数pthread_create用来创建一个线程，原型为：extern int pthread_create（pthread_t *_thread, _const pthread_attr_t *_attr,void *（*_start_routine） （void *）, void *_arg）第一个参数为指向线程标识符的指针，第二个参数用来设

4、置线程属性，第三个参数是线程运行函数的起始地址，最后一个参数是运行函数的参数。函数thread不需要参数时，最后一个参数设为空指针。第二个参数设为空指针时，将生成默认属性的线程。当创建线程成功时，函数返回0，若不为0则说明创建线程失败，常见的错误返回代码为EAGAIN和EINVAL。前者表示系统限制创建新的线程，例如线程数目过多了；后者表示第二个参数代表的线程属性值非法。创建线程成功后，新创建的线程则运行参数三和参数四确定的函数，原来的线程则继续运行下一行代码。3.4等待一个线程结束函数pthread_join用来等待一个线程的结束，函数原型为：extern int pthread_join

5、_P （pthread_t _th, void *_thread_return）;第一个参数为被等待的线程标识符，第二个参数为一个用户定义的指针，它可以用来存储被等待线程的返回值。这个函数是一个线程阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止，当函数返回时，被等待线程的资源被收回。3.5信号量信号量的数据类型为结构sem_t，它本质上是一个长整型的数。函数sem_init（）用来初始化一个信号量，它的原型为：extern int sem_init _P （sem_t *_sem, int _pshared, unsigned int _value）;sem为指向信号量结构的一个指针

6、；pshared不为时此信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程共享；value给出了信号量的初始值。函数sem_post（ sem_t *sem ）用来增加信号量的值。当有线程阻塞在这个信号量上时，调用这个函数会使其中的一个线程不在阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。函数sem_wait（ sem_t *sem ）被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0，解除阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少。函数sem_trywait （ sem_t *sem ）是函数sem_wait（）的非阻塞版本，它直接将信号量sem的值减一。3.6 伪码实现int count=0；

7、 /等候理发的顾客数 int chairs=5； /为顾客准备的椅子数 semaphore mutex=1； /用于互斥访问count semaphore customers=0；/用来记录等候理发的顾客数 semaphore barbers=1；/用来记录正在等候顾客的理发师数 barber（） /理发师线程 while（true） /判断有无顾客wait（cutomers）; /若无顾客,理发师睡眠 wait（mutex）; /互斥 count-; /等候顾客数少一个 signal（mutex）; /释放临界资源cut_hair; /正在理发signal（barber）; /理发师去为一个

8、顾客理发 customer（） /顾客线程 while（true） wait（mutex）; /互斥 if （countn） count+; /等候顾客数加1signal（customers）; /必要的话唤醒理发师 wait（barber）; /无理发师, 顾客坐着养神 get_haircut; /顾客坐下等理发师 else /人满了,顾客离开 4.程序采用的数据结构通过分析课程设计要求，定义以下的数据:time_t end_time; /结束时间sem_t mutex,customers,barbers;/设定三个信号量mutex,customer,barbersint count=0;

9、/等待理发的顾客数int chair5;/用来标识椅子的状态（是否为空）5.程序采用的系统调用i nclude windows.hrandom （）;随机产生顾客的函数 cuthair（）; 理发师的理发函数 gethaircut（） 顾客被理发的函数 Barber（）；理发师线程 Customer（）；顾客线程 Main（）；实现线程的操作6.程序开发及运行环境系统平台：windows环境实现语言：C+语言开发工具：Microsoft Visual C+ 6.07.程序总体框图 FTT T F F F8.程序各模块的功能gethaircut（） 顾客被理发的函数9.程序各模块的流程图9.1理

10、发师（Barber）模块理发师模块的流程图如下图所示：9.2顾客（Customer）模块顾客模块的流程图如下图所示：10.程序的运行10.1 VC环境下源程序 10.2 运行步骤及结果11.课程设计总结本次课程设计完成了多线程同步方法理发师问题全部过程。在Windows下编程通过，在程序中使用了5个顾客和1个理发师线程，个数可以任意地设置。所有的顾客共享顾客线程函数，理发师用的是理发师线程函数。每个顾客和理发师都有自定义的用数字串表示的线程标识符，所有的线程同步执行。从运行的结果可以清晰的看出动态的执行效果，并且每次运行的结果也不同。通过本次设计，我熟悉了Windows下的多线程编程和信号量实

11、现PV操作的全过程，开拓了思路，锻炼了实践动手能手。同时，能很好的区分线程和进程的概念，对同步和互斥问题也有了更深一步的理解。12.参考文献1周峰、周艳 计算机操作系统原理教程与实训M.北京大学出版社 2006.12张尧学 计算机操作系统教程（第三版）M 清华大学出版社 2006.103 张丽芬、刘利雄、王全玉等操作系统实验教程M 清华大学出版社。4 周湘贞、曾宪权操作系统原理与实践教程M 清华大学出版社。5 宋晓宇Windows操作系统核心编程实验教程M 中国铁道出版社。13.附录#include #define random （rand（）*10000）/RAND_MAX /定义一个随机函

12、数来产生顾客，并且使个顾客间的时间少于10秒 int long waiting（0）; /正在等待的顾客的数目 int chairs; /椅子的总数目 char open_door; /开门 char close_door; /关门 int count（0）; /顾客的号码数 int finish（0）; /理发完毕的顾客数目 DWORD a;void cuthair（） :Sleep （1000）;cout理发完成 !endl; /理发师理发函数，用时10秒 void gethaircut（） Sleep （1001）; /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0.0

13、01秒。第finish个顾客理发完毕,离开 HANDLE Mutex=:CreateMutex（NULL, FALSE, Mutex）; /用来实现进程的互斥 HANDLE barbers=:CreateSemaphore（NULL, 1,1, barbers/定义信号量来进行线程间的同步 HANDLE customers=:CreateSemaphore（NULL,0,3,customersDWORD WINAPI customer（LPVOID pParm2） /顾客的线程 :WaitForSingleObject（Mutex ,INFINITE）; /p（mutex）来进行互斥操作 co

14、unt+; /来的是第几个顾客 cout叮咚！第 count 个顾客来了 / if （waitingchairs） /如果还有椅子可以坐 if （waiting!=0） 此时有waiting 个人在等待理发 else 没有人在等待 /输出有多少人在等待 waiting+;还有chairs-waiting+1chairs;理发店共有chairs把椅子 /设置椅子数目 开门接待顾客吗?Y/N /是否开门营业 open_door;/while （open_door!=y） endl=4&waiting=0） /如果完成数超过4并且没有人等待 已经为个顾客理发了，要关门下班吗? /提示是否关门 cinclose_door; return close_door; else ;if （close_door=*对不起，暂停营业！