操作系统实习报告进程同步和互斥.doc

进程同步和互斥一、 设计目的：通过实现哲学家进餐问题的同步深入了解和掌握进程同步和互斥的原理。二、 设计内容哲学家有N个，也定全体到达后开始讨论：在讨论的间隙哲学家进餐，每人进餐时都需使用刀、叉各一把，所有哲学家刀和叉都拿到后才能进餐。哲学家的人数、餐桌上的布置自行设定，实现刀和叉的互斥使用算法的程序实现。三、开发环境windows环境，VC6.0平台。四、分析设计一实验原理不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区（Critical Section）。 每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区（Critical Section）（临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源）。每次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进入。不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。本程序主要使用了EnterCriticalSection (&cs)和LeaveCriticalSection (&cs)两个函数实现临界区互斥。EnterCriticalSection (&cs)用来进入临界区，LeaveCriticalSection (&cs)用来离开临界区。哲学家进餐问题设定图二程序结构1、主程序模块（详见图1）2、状态改变模块（详见图2）3、返回哲学家状态模块（详见图3）4、返回餐具状态模块（详见图4）三数据结构：程序中定义一个哲学家类，包含两个私有对象和四个公有对象。Number对象：报讯哲学家的编号。Status对象：用于保存当前该哲学家的状态，0表示正在等待（即处于饥饿状态）1表示得到餐具正在吃饭，2表示正在思考Philosopher(int num)方法：哲学家类构造函数，参数num表示哲学家编号find() const方法：返回该哲学家编号getinfo() const方法：返回哲学家当前状态Change()方法：根据题目要求改变哲学家的状态（等待-进餐-思考-等待）另外，程序中包含一个公有对象，bool类型数组tools6，用来保存6把餐当前状态：true表示该餐具当前空闲，false表示该餐具当前正被使用。程序中还包含两个公有函数：print和toolstatus。Print用来返回一个哲学家的状态，toolstatus用来返回一个餐具的状态。四程序流程图： 1、主程序模块图12、状态改变模块图23、返回哲学家状态模块图34、返回餐具状态模块图4五. 运行示例及结果分析结果分析：哲学家们抢餐具，但只能抢空闲的餐具，只有同时拿到了刀和叉才能就餐。 当哲学家只拿到一把餐具的时候，如果临近的餐具在用它抢不到，那这位哲学家就把拿到的餐具放下，继续等待临近两把餐具都闲的时候抢到了才能进餐。根据这个原理就能分析结果了。1号刀和3号叉式闲的时候，哲学家0号就抢到了餐具1号刀和3号，那哲学家0号就开始进餐了，当餐具刀2和叉2在用的时候4号哲学家在等待。其他哲学家按照上面的原理得出结果。运行示例如下图：图5-1 程序运行开始界面图5-2 哲学家状态1图5-2 哲学家状态2图5-2 哲学家状态3图5-2 哲学家状态4图5-6 退出程序六、心得与体会经过了前后共2周的时间，我完成了这次课程设计。通过这次课程设计，我学到了许多课本上学不到的知识，注意到了许多课本上没有提到的东西。设计中总会遇到这样那样的问题，遇到问题势必要自己分析问题，通过各种渠道解决问题，比如利用互联网。这次课程设计也加强了我上网查数检索问题的能力。有些时候，学习到的知识是次要的，重要的是学习知识的方法。参考文献：1、汤小丹 编：计算机操作系统（第三版），西安电子科技大学出版社2、谭浩强 编：C语言程序设计，清华大学出版社附录、源程序清单#include #include #include #include #include using namespace std; bool tools6;/定义信号量,全局变量，数组用来保存6把餐当前状态：true表示该餐具当前空闲，false表示该餐具当前正被使用CRITICAL_SECTION cs; /信号量, 在线程中使用，临界区class Philosopher private: int number;/报讯哲学家的编号int status; /标记当前哲学家的状态,0表示正在等待(即处于饥饿状态),1表示得到两支筷子正在吃饭,2表示正在思考public:Philosopher(int num=0): status(2), number(num) /Philosopher(int num)哲学家类构造函数，参数num表示哲学家编号int find() const return number; /返回该哲学家编号int getinfo() const return status; /返回哲学家当前状态void Change() ; /改变哲学家的状态（等待-进餐-思考-等待）; void Philosopher:Change() EnterCriticalSection (&cs) ; /进入临界区 实现临界区互斥if(status=1)/正在进餐toolsnumber%6=true; /放下左手工具tools(number-1)%6=true; /放下右手工具status=2;/改变状态为思考 else if(status=2)/思考中 status=0; /改变状态为等待 else if(status=0)/等待中 if(toolsnumber%6&tools(number-1)%6) /左右手两边工具均为空闲状态toolsnumber%6=false; /拿起左手工具tools(number-1)%6=false; /拿起右手工具status=1; /改变状态为进餐LeaveCriticalSection (&cs) ; /离开临界区。实现临界区互斥 string print(Philosopher *pA) /用来返回一个哲学家的状态 int i=pA-getinfo(); /取得状态数string str; if(i=0) str=等待; else if(i=1) str=就餐; else str=思考; return str; string toolstatus(bool a)/用来返回一个餐具的状态string state;/定义if(a=true)state=闲;if(a=false)state=用;return state;int main() /主函数 char con = y; /判断是否继续for(int i=0;i6;i+) toolsi=true; /3组刀叉都未使用，初始化Philosopher P1(1),P2(2),P3(3),P4(4),P5(5),P6(6); /定义哲学家对象InitializeCriticalSection (&cs) ; /初始化初始化临界区cout-状态说明示意图：-endl;cout哲学家0号的状态 ;cout哲学家5号的状态 叉3的状态 刀1的状态 哲学家1号的状态endl;cout刀3的状态 叉1的状态 ;cout 哲学家4号的状态 叉2的状态 刀2的状态 哲学家2号的状态;cout 哲学家3号的状态 ;cout endl;cout-endl;cout哲学家开始生活：endl;coutendl;coutendl;while(con=y) /哲学家状态发生改变 P1.Change();P2.Change();P3.Change();P4.Change();P5.Change();P6.Change(); /输出当前状态图cout当前状态为：endl;cout P1.find()print(&P1) ;cout P6.find()print(&P6) toolstatus(tools0) toolstatus(tools1) P2.find()print(&P2)endl;cout toolstatus(tools5) toolstatus(tools2);cout P5.find()