进程同步模拟设计-吃水果问题

附件1:学号：012课程设计题目进程同步模拟设计••吃水果问题学院计算机科学与技术学院专业计算机科学与技术专业班级计算机姓名指导教师2011年01月19B课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师：一作单位：计算机科学与技术学院题目:进程同步模拟设计一—吃水果问题初始条件：•预备内容：阅读操作系统的进程管理章节内容，对进程的同步和互斥，以及信号宝机制度有深入的理解。•实践准备：掌握一种计算机高级语言的使用。要求完成的主要任务：（包括i果程设计工作虽及其技术要求'以及说明书撰写等具体要求）•模拟吃水果的同步模型：桌子上有一只盘子，最多可容纳两个水果，每次只能放入或者取出一个水果。爸爸专门向盘子中放苹果，妈妈专门向盘子中放橘子，两个儿子专门等待吃盘子中的橘子，两个女儿专门等吃盘子中的苹果。•设计报告内容应说明：⑴需求分析；（2） 功能设计（数据结构及模块说明）；（3） 开发平台及源程序的主要部分；（4） 测试用例，运行结果与运行情况分析；（5） 自我评价与总结：i） 你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色；ii） 什么地方做得不太好*以后如何改正；Hi）从本设计得到的收获（在编写，调试，执行过程中的经验和教训）iv）完成本题是否有其他方法（如果有，简要说明该方法） ；v） 对实验题的评价和改进意见，请你推荐设计题目。时间安排：设计安排一周：周1、周2:完成程序分析及设计。周2、周3:完成程序调试及测试。周4、周5:验收、撰写课程设计报告。（注意事项：严禁抄袭，一旦发现，一律按 0分记）指导教师签名：系主任(或责任教师)签名：进程同步模拟设计——吃水果问题1需求分析1.1吃水果问题的描述桌子上有一只盘子，最多可容纳两个水果，每次只能放入或者取出一个水果。爸爸专门向盘子中放苹果，妈妈专门向盘子中放橘子，两个儿子专门等待吃盘子中的橘子，两个女儿专门等吃盘子中的苹果。1-2问题的转换这是进程同步问题的模拟，可以把向盘子放或取水果的每一个过程可以转为一个进程的操作，这些进程是互斥的，同时也存在一定的同步矢系。通过编程实践时，实际是随机的调用人一个进程的操作，而这些进程的操作相当于程序中的函数调用。而计算机在执行时每一个时刻只能执行一个操作，这就默认了互斥。同步的模拟可以类似于函数调用时的前提矢系即先决条件。这样进程同步模拟就完全可以通过函数的调用来实现。具体的每一个操作的对应的函数的矢系：爸爸向盘子中放一个苹果：Father()妈妈向盘子中放一个橘子：Mother()儿子1从盘子取一个橘子：Son1()儿子2从盘子取一个橘子：Son2()女儿1从盘子取一个橘子：Daugther1()儿子1从盘子取一个橘子：Daugther2()2功能设计2.1数据结构用一个整型变量Plate_Size表示盘子，初始值为0.当放水果时Plate_Size力卩1取水果时Plate_Size减仆变量Plate.Size的最大值为2,当为2时表示盘子已经满，此时若进行放水果操作，放水果将处于等待状态；为0时表示盘子为空，此时若进行取水果操作，取水果操作将处于等待状态。整型变量orange和apple分别表示盘子中的橘子和苹果数目，初始都为0,Plate_Size=apple+orange用6个bool型的变量FatherjagMotherjag，Son1Jag,Son2jag,Daughter仁lag,Daughter2_lag表示六个进程是否处于等待状态。达于等待时，变量值为true。两个放水果进程进程同时处于等待状态时， 若有取水果的操作将自动执行等待的放水果进程，执行按等待的先后顺序；两个取苹果或橘子进程同时候处于等待状态，若有放苹果或橘子的操作将自动执行等待的取进程，进行按等待的先后顺序。用一个随机的函数产生0—5的6个整数，分别对应六个进程的调用。2.2模块说明2.1.1主函数用一个随机的函数产生0-5的6个整数，分别对应六个进程的调用，调用的次数可以自己输入，本程序共产生了 10次随机的调用进程。2.1.26个逬程函数爸爸向盘子中放一个平果操作：Father()妈妈向盘子中放一个橘子操作：Mother()儿子1从盘子取一个橘子操作：Son1()儿子2从盘子取一个橘子操作：Son2()女儿1从盘子取一个橘子操作：Daugther1()女儿2从盘子取一个橘子操作：Daugther2()2.1.3Print 函数用于输出盘子中苹果和橘子的个数，水果总个数及有哪些进程处于等待状人态。2.3操作的流程图2.3.1放水果操作爸爸放苹果进程的操作流程图:Father进程迖于等待状Daugtherl或Daugher2处于等待状态返冋〔是I 返冋 按等待先后顺序调用Daugtherl或Daughter2操作2.3.2取水果操作儿子1取橘子的操作流程图

3开发平台及源程序的主要部分3.1开发平台使用系统：WindowsXP使用语言:C++开发工具:VisualC++6.03.2源程序3.2.1各进程调用的函数voidFather()//Father进程apple++;Print();}voidMother()//Mother进程{o「ange++;Print();}voidSon1()”Son1进程{o「ange-;Print();}voidSon2()//Son2进程{o「ange-;Print();}voidDaughter1()//Daughterl进程{apple-;Print();}voidDaughter2()〃Daughter2进程{apple-;Print();}3.2.2Print函数(打印盘子剩余水果及各进程等待状态)voidPrint()cout«"现在盘子里有"vvapplevv"个苹果,"«orange«"^橘子共有"«apple+orange«"个水果."«endl;if(FatherJag==true)cout«Tather进程处于等待状态代if(Mother_lag==true)cout«"Mother进程处于等待状态，”;if(Son1Jag==true)cout«HSon1进程处于等待状态，”；if(Son2Jag==true)cout«"Son2进程处于等待状态，if(Daughter1Jag==true)cout«"Daughter1进程处于等待状态，“;if(Daughter2」ag二二true)cout<v"Daughter2进程处于等待状态，“；if(((Father_lag==false)&&(Motherjag==false)&&(Son1」ag==false)&&(Son2_lag==false)&&(Daughter1」ag二二false)&&(Daughter2Jag==false))!=true)cout«endl;}3.2.3主函数intk;srand((unsigned)time(NULL));//srand()函数产生一个以当前时间开始的随机种子for(k=O;k<1O;k++){cout«”第"«k+1«"次操作:H«endl;i=rand()%6; 〃随进生成1-5.Plate_Size=apple+orange;switch(i)case0:cout«"Father调用.H«endl;if(Plate_Size==2){Father_lag=true;//Father(等待Print();if(Mother_lag==false)MonFa_c=1;}else{Father();if((Daughter1」ag==true)&&(Daughter2」ag==true)){if(Daughter_b==1){Daughterl」ag=false;//Daughter1等待取消cout«"&于等待的Daugh怕M自动被调用"«endl;Daughterl();//处于等待的Daughterl自动调用Daughter_b=2;}else{Daughter2_lag=false;//Daughter2等待取消cout«'处于等待的Daugh怕r2自动被调用"«endl;Daughter2();//处于等待的Daughter2()自动调用Daughter_b=1;}}elseif(Daughter1Jag==true){Daughterl」ag=false;//Daugh怕M等待取消cout«"込于等待的Daughterl自动被调用“vvendl;Daughterly〃处于等待的Daughterl()自动调用Daughter_b=O;}elseif(Daughter2_lag==true){Daughter2_lag=false;//Daughter2等待取消cout«'处于等待的Daugh怕M自动被调用"«endl;Daughter2();〃处于等待的Daughter2()自动调用Daughter_b=O;}}}break;case1:cout«"Mother调用."«endl;if(Plate_Size==2){Mother_lag=true;等待Print();if(Father_lag==false)MonFa_c=2;}elseMother();if((Son1_lag==true)&&(Son2_lag==true)){if(Son_a==1){Son仁lag=false;//Son1等待取消coutvv”达于等待的Son1自动被调用H«endl;Son1();//处于等待的Son1()自动调用Son_a=2;}else{Son2_lag=false;//Son2等待取消coutvv”达于等待的Son2自动被调用H«endl;Son2();〃处于等待的Son2()自动调用Son_a=1;}}else{if(Son1Jag==true){Son仁lag=false;//Son1等待取消coutvv”达于等待的Son1自动被调用H«endl;Son1(); 〃处于等待的Son1()自动调用Son_a=0;}elseif(Son2Jag==true)Son2Jag=false;//Son2等待取消coutvv处于等待的Son2自动被调用“vvendl;Son2(); 〃处于等待的Son2()自动调用Son_a=0;}}}break;case2:cout«"Son1调用.H«endl;if(orange==0){Son1Jag=true;“Son1达于等待Print();if(Son2」ag==false)Son_a=1;“用于判断Son1和Son2等待的先后性}else{Son1();if((Father_lag==true)&&(Mother_lag==true)){if(MonFa_c==1)//Father和Mother同时达于等待，但Father先等待,因此先调用{Father_lag=false;cout«nfe于等待的Father自动被调用H«endl;Father();}Else//FatherMother同时处于等待，但Mother先等待，因此先调用{coutvv”处于等待的Mother自动被调用＜endl;Mother();MonFa_c=1;}}else{if(Father_lag==true)//只有Father处于等待，调用{Father_lag=false;cout«H处于等待的Father自动被调用H«endl;Father();MonFa_c=0;}elseif(Mother_lag==true)»只有Mother处于等待，调用{Mother_lag=false;cout«n处于等待的Mother自动被调用"«endl;Mother();MonFa_c=0;}}}break;case3:cout«"Son2调用.H«endl;if(orange==O){Son2Jag=true;〃Son2处于等待Print();if(Son1」ag==false)Son_a=2;}else{Son2();if((Father_lag==true)&&(Mother_lag==true)){if(MonFa_c==1)//Father和Mother同时处于等待，但Father先等待,因此先调用Father_lag=false;coutvv处于等待的Father自动被调用"«endl;Father();MonFa_c=2;}else//Father和Mother同时处于等待，但Mother先等待，因此先调用{Mother_lag=false;}elseif(FatherJag==true)〃只有Father处于等待，调用{Fatherjag=false;cout«'%于等待的Father自动被调用H«endl;Father();MonFa_c=0;}elseif(Mother_lag==true)//只有Mother込于等待，调用{Mother_lag=false;coutvv"处于等待的Mother自动被调用"«endl;Mother();MonFa_c=0;break;case4:cout«HDaughter1调用."«endl;if(apple==0){Daughterl」ag二true;〃Daughterl等待Print();if(Daughter2Jag==false)Daughter_b=1;elseDaughterlyif((FatherJag==true)&&(Mother_lag==true)){if(MonFa_c==1)//Father和Mother同时处于等待，但Father先{ 〃等待，因此先调用Father_lag=false;coutvv"处于等待的Father自动被调ffl"«endl;Father();MonFa_c=2;}else//Father和Mother同时处于等待，但Mother先等待，因此先调用{Mother_lag=false;coutvv处于等待的Mother自动被调用"«endl;Mother();MonFa_c=1;}}else{if(Father_lag==true)//只有Father处于等待，调用{Fatherjag=false;MonFa_c=0;elseif(MotherJag==true)//只有Mother处于等待，调用{Mother_lag=false;coutvv”处于等待的Mother自动被调用"«endl;Mother();MonFa_c=0;}}}break;case5:cout«HDaughter2调用."«endl;if(apple==0){Daughter2」ag二true;〃Daughter2等待Print();if(Daughter1Jag==false)Daughter_b=2;}else{Daughter2();if((FatherJag==true)&&(Motherjag==true)){if(MonFa_c==1)//Father和Mother同时处于等待，但Father先等待，因此先调用{Father_lag=false;MonFa_c=2;}else//Father和Mother同时处于等待，但Mother先等待，因此先调用{Mother_lag=false;coutvv”处于等待的Mother自动被调用"v<endl;Mother();MonFa_c=1;}}else{if(Father_lag==true)//只有Father处于等待，调用{Father_lag=false;coutvv”处于等待的Father自动被调用"«endl;Father();MonFa_c=0;}elseif(MotherJag==true)”只有Mother处于等待，调用{Mother_lag=false;coutvv”处于等待的Mother自动被调用"v<endl;Mother();MonFa_c=0;}}}break;}

4测试用例，运行结果与运行情况分析4.1测试用例由于程序是模拟产生10次随机的操作，执行相应的函数来模拟进程同步可以将程序运行两次将会得到不同的结果。4.2运行结果第一次运行结果为：需空箔$璽机个苹果丿彳、橘子屮有丄个水；or)27库.卫个^Soi閉;较釋錄蘇•Daughter2进程处于等待状态.Daughter2tJBJ.怖盘Mn考@个苹果川个橘子，井越个水呆.臺鳥.•「于寻待状态抄2矗雀址F等待获态弟7A0lotlie炉•月见|在盘裁［祐个苹杲」个橘子曲有1个水呆.•干等律状杰炉缺血程显于等待我态・•Baughter2进程处于等待状态护等符的6“辻乜进誚处打的企區•….层特林态应在盘❺个苹果卫个^Soi閉;较釋錄蘇•Daughter2进程处于等待状态.Daughter2tJBJ.怖盘Mn考@个苹果川个橘子，井越个水呆.臺鳥.•「于寻待状态抄2矗雀址F等待获态弟7A0lotlie炉•月见|在盘裁［祐个苹杲」个橘子曲有1个水呆.•干等律状杰炉缺血程显于等待我态・•Baughter2进程处于等待状态护等符的6“辻乜进誚处打的企區•….层特林态应在盘❺个苹果1•个橘Eon丄进；于奪待状态・Soh2脂癇塔卑用「j™l＞癥总S。厨斷M俭弟I.\—仆•/个苹果L个橘£碑进程处于等待状｝S*Bon2特◎妆态”■jre：存sEmke：ytoconitinuE■>OnX17TTF7U.Daughter逬程处于等待状态.ughteps 特状态•15个啊黑讎进程处于等待状态叮态.DaughtEpg进程处于等特状态态.Daughterl逬程处于等待状态』逬第二次运行结果为:序1序1次•操作:Laughter2iAl现在盘子野"P不苹賽0个趟子•共有P个水果.)aughter2ia程取宁導待快扛lotherilnL<0个苹賽皿逼子•共有丄个水果•Daught"2迸程处于零待咲恙.第3次操作:lotherilnL<0个苹賽皿逼子•共有丄个水果•Daught"2迸程处于零待咲恙.第3次操作:Daughter缈用.见在盘子盟在盘子里Daughter2i第4次操作：atherl.fp用.现在盘子重* •— •-Tt"2迸程处于等待状态1.1nraz-t- .亠宀-w-，共有丄个水杲.atherl.fp班左盘子里有B个苹杲・1个橋字•共有丄个水杲•1otherV8|ffi•现在盘〒重有P个苹杲.2个橘子•共有2个水杲.第6次操作:.2个整子■共有2个水果.待状态.Daughtei*2i®用•观在盘子難B.2个整子■共有2个水果.待状态.见在盘子野^个苹毘」个磧子决有丄个水杲•Daught"2磁程处于導待快总第8次旗作：；on2调角・现在盘子野■B个苹寮加遛子决有0个水果.Daughter2迸程取于率待快急第9墙作：；”2询甬.现在盘壬里有0个苹杲上个