睡眠理发师课程设计(含有源代码)

1、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

2、师问题（Sleeping-Barber Problem)的并发控制，用多线程同步方法解决睡眠理发师问题（Sleeping-Barber Problem)。 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

3、指导教师签字系主任签字 2014年12月 23 日 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 日安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表目 录一.课程设计要求1二.课程设计目的1三.设计思想说明1四.课程设计内容14.1头文件声明14.2定义各种变量24.3信号量的定义24.4相关函数及线程的定义2五.数据结构说明2六.程序用到的系统调用（API）3七.程序总体算法流程图4八.程序运行5九.源代码7十.总结10参考文献11II操作系统课程设计 一.课程设计要求有一个理发师，一把理发椅和n

4、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

5、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

6、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.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int long waiting(0); int chairs; char open_door; char close_door; int count(0); int finish(0); 4.

7、3信号量的定义DWORD a;% 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HANDLE Mutex =:CreateMutex(NULL, FALSE, "Mute

8、x"); HANDLE barbers =:CreateSemaphore(NULL, 1,1, "barbers"); HANDLE customers =:CreateSemaphore(NULL,0,3,"customers");4.4相关函数及线程的定义定义随机函数int random()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void cuthair()，用时15秒定义顾客被理发的函数void gethaircut()定义顾客线程DWORD WINAPI customer(LPVOID pParm2)定义理发师线

9、程DWORD WINAPI barber(LPVOID pParm1)定义主函数实现线程的操作int main(int argc, 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

10、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

11、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Thread ReleaseSemaphore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WaitFor

12、SingleObject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

13、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程序开始键入店中的椅子数是否开始接待顾客 尚未营业Mutex理发师线程True顾客线程False有空椅等待是离开有顾客等待休息否理发师在睡觉则唤醒理发，否则继续是八.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

14、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.源代码#include "stdafx.h"#include "windows.h"#include "iostream.h"#include "math.h"int long waiting(0); /等待理发的顾客人数int chairs; /店中椅子的总数目char open_door; /开门char close_door; /关门int count(0); /顾客的序号int finish(0); /已经理完发的顾客人

15、数DWORD a;(无符号整数32位)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,"customers"); /定义信号量来进行线程间的同步int random()/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 retur

16、n (rand()*15000)/RAND_MAX;void cuthair()/理发师的理发函数，用时15秒 :Sleep (15000);cout<<"理发结束 !"<<endl;void gethaircut()/ 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"<<finish<<"个顾客理发完毕,离开 "<<endl; DWORD WINAPI customer(LP

17、VOID pParm2)/ 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 "<<count<<" 个顾客到来 "<<endl; if (waiting<chairs) /如果有空椅子if (waiting!=0)cout<<"现在有"<<waiting <<" 个人在等待理发"<<e

18、ndl;elsecout<<"无人在等待理发"<<endl; /输出有多少人在等待waiting+;cout<<"剩余"<<chairs-waiting+1<<"个座位"<<endl;cout<<"有空位，顾客已坐下"<<endl;:ReleaseSemaphore(customers,1,NULL);/V(customer):ResumeThread(customers);/唤醒理发师进程:ReleaseMutex(M

19、utex);/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elsecout<<"没有空椅子，第"<<count<<"个顾客离开理发店"<<endl; /没有椅子，顾客直接离开:ReleaseMutex(Mutex);return 0;DWORD WINAPI barber(LPVOID pParm1)/理发师线程 while(true) /外循环 :WaitForSingleObject(custo

20、mers,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 return 0;int main(int argc, char* argv)/实现线程的操作 cout<<&qu

21、ot;输入理发店中的椅子个数:"cin>>chairs;cout<<"店中有"<<chairs<<"把椅子"<<endl; /设置椅子数目cout<<"是否开始接待顾客?Y/N"<<endl; /是否开门营业cin>>open_door;while (open_door!='Y')cout<<endl<<"尚未营业！"<<endl;cout<<&q

22、uot;是否开始接待顾客?Y/N"<<endl;cin>>open_door;HANDLE hThread1;HANDLE hThread2;hThread2=:CreateThread (NULL,0,barber,NULL,0,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hThread1=:CreateThread(NULL,0,customer,NULL,a,NULL);cout<<endl<<"正在营业，请进！"<<endl; if (finish>=8 && waiting=0)/如果完成数超过8并且没有人等待cout<<"已经为"<<finish<<"个顾客理发了，是否停止营