睡眠理發(fā)師課程設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課程設(shè)計說明書（操作系統(tǒng)）題目: 睡眠理發(fā)師問題 院 系：計算機(jī)科學(xué)與工程專業(yè)班級：電子儀器12-2班 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 方 韜 指導(dǎo)教師： 王軍號 2014 年 12 月 23 日 專心-專注-專業(yè)安徽理工大學(xué)課程設(shè)計（論文）任務(wù)書 計算機(jī)科學(xué)與工程 學(xué)院 學(xué) 號學(xué)生姓名方韜專業(yè)（班級）電子儀器12-2設(shè)計題目睡眠理發(fā)師問題設(shè)計技術(shù)參數(shù)考慮一個理發(fā)店，只有一個理發(fā)師，只有n張可供顧客等待理發(fā)的椅子，如果沒有顧客，則理發(fā)師睡覺；如果有一顧客進(jìn)入理發(fā)店發(fā)現(xiàn)理發(fā)師在睡覺，則把他叫醒，寫一個程序協(xié)調(diào)理發(fā)師和顧客之間的關(guān)系。通過研究Linux的線程機(jī)制和信號量實(shí)現(xiàn)睡眠理發(fā)

2、師問題（Sleeping-Barber Problem)的并發(fā)控制，用多線程同步方法解決睡眠理發(fā)師問題（Sleeping-Barber Problem)。 設(shè)計要求1、 每個顧客進(jìn)入理發(fā)室后，即時顯示“Entered” 及其線程標(biāo)識，還同時顯示理發(fā)室共有幾名顧客及其所坐的位置。2、至少有10個顧客，每人理發(fā)至少3秒鐘。3、在完成電子設(shè)計后，要求寫一份詳細(xì)的設(shè)計報告。工作量編寫代碼不少于200行；程設(shè)計說明書不少于15頁。工作計劃第一周:整體分析,查閱資料;第二周:總結(jié)出大概設(shè)計思路;第三周:著手實(shí)現(xiàn),寫好相應(yīng)的代碼;第四周:系統(tǒng)調(diào)試,完善系統(tǒng)程序。參考資料計算機(jī)操作系統(tǒng)教材軟件工程C 使用手冊

3、指導(dǎo)教師簽字系主任簽字 2014年12月 23 日 學(xué)生姓名： 方韜 學(xué)號： 專業(yè)班級： 電子儀器12-2 課程設(shè)計題目： 睡眠理發(fā)師問題 指導(dǎo)教師評語：成績： 指導(dǎo)教師： 年 月 日安徽理工大學(xué)課程設(shè)計（論文）成績評定表目 錄 一.課程設(shè)計要求有一個理發(fā)師，一把理發(fā)椅和n把提供給等候理發(fā)的顧客座的椅子。如果沒有顧客，則理發(fā)師便在理發(fā)椅子上睡覺；當(dāng)?shù)谝粋€顧客到來時，必須喚醒該理發(fā)師進(jìn)行理發(fā)；如果理發(fā)師正在理發(fā)時又有顧客到來，則如果有空椅子可坐，他就坐下來等待，如果沒有空椅子，他就離開理發(fā)店。為理發(fā)師和顧客各編一段程序描述他們的行為，要求不能帶有競爭條件，試用P、V操作實(shí)現(xiàn)。二.課程設(shè)計目的通過

4、本次課程設(shè)計，能深入徹底的弄清楚睡眠理發(fā)師問題，能夠舉一反三，遇到同樣的問題能夠很快解決。通過自己的實(shí)際操作，認(rèn)真分析，理解進(jìn)程，線程，信號量之間的關(guān)系和他們的實(shí)現(xiàn)過程，掌握一些基本的系統(tǒng)調(diào)用的用法及其所實(shí)現(xiàn)的功能。用C+來實(shí)現(xiàn)睡眠理發(fā)師的課程設(shè)計，達(dá)到復(fù)習(xí)C+相關(guān)知識的目的。三.設(shè)計思想說明此題可看作是n個生產(chǎn)者和1個消費(fèi)者問題。顧客作為生產(chǎn)者，每到來一個就使計數(shù)器count增加1，以便讓理發(fā)師理發(fā)（相當(dāng)于消費(fèi)）至最后一個顧客（相當(dāng)于產(chǎn)品）。并且，第1個到來的顧客應(yīng)負(fù)責(zé)喚醒理發(fā)師；如果不是第1個到達(dá)的顧客，則在有空椅子的情況下坐下等待，否則離開理發(fā)店（該消息可由計數(shù)器count獲得）。主要有

5、以下一些函數(shù)來實(shí)現(xiàn)整個問題的實(shí)現(xiàn)過程：（1）用隨機(jī)函數(shù)random()來產(chǎn)生進(jìn)入理發(fā)店的顧客。（2）定義理發(fā)師的理發(fā)函數(shù)cuthair()用來實(shí)現(xiàn)理發(fā)操作。（3）定義顧客被理發(fā)的函數(shù)gethaircut()用來實(shí)現(xiàn)顧客被理發(fā)的操作。（4）用顧客線程customer實(shí)現(xiàn)對顧客行為的控制。（5）用理發(fā)師線程barber實(shí)現(xiàn)對理發(fā)師行為的控制。（6）定義主函數(shù)main實(shí)現(xiàn)對兩個線程的控制和執(zhí)行操作。四.課程設(shè)計內(nèi)容4.1頭文件聲明#include "stdafx.h"#include "windows.h"#include "iostream.h&q

6、uot;#include "math.h"4.2定義各種變量int long waiting(0); int chairs; char open_door; char close_door; int count(0); int finish(0); 4.3信號量的定義DWORD a;% 互斥信號量:mutex 用來互斥對臨界變量count的訪問計數(shù)信號量 customers用來記錄等候的顧客數(shù)據(jù),barbers用來記錄等待的理發(fā)師數(shù),這里barbers只有兩種取值,要不是0要不是1臨界變量:count由理發(fā)師進(jìn)程和顧客進(jìn)程共同訪問,用來記錄在椅子上等著的顧客數(shù) &

7、#160;            N 椅子數(shù),為最多等候的顧客數(shù)HANDLE Mutex =:CreateMutex(NULL, FALSE, "Mutex"); HANDLE barbers =:CreateSemaphore(NULL, 1,1, "barbers"); HANDLE customers =:CreateSemaphore(NULL,0,3,"customers");4.4相關(guān)函數(shù)及線程的定義定義隨機(jī)函數(shù)i

8、nt random()來產(chǎn)生顧客，并使兩個顧客間的時間少于15秒定義理發(fā)師的理發(fā)函數(shù)void cuthair()，用時15秒定義顧客被理發(fā)的函數(shù)void gethaircut()定義顧客線程DWORD WINAPI customer(LPVOID pParm2)定義理發(fā)師線程DWORD WINAPI barber(LPVOID pParm1)定義主函數(shù)實(shí)現(xiàn)線程的操作int main(int argc, char* argv)五.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明本程序用到了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的隊列，理發(fā)的顧客由隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生，顧客遵從先到先理發(fā)的原則，但隊列的長度限制為輸入的理發(fā)店中的椅子的個數(shù)，當(dāng)理發(fā)店的椅子沒有空位的時候

9、，到來的顧客主動退出加入隊列。理發(fā)師對隊列中的顧客進(jìn)行先到先服務(wù)的原則理發(fā)。六.程序用到的系統(tǒng)調(diào)用（API）（1）CreateThread（）：創(chuàng)建線程（2）CreateMutex（）：找出當(dāng)前系統(tǒng)是否已經(jīng)存在指定進(jìn)程的實(shí)例。如果沒有則創(chuàng)建一個互斥體，用來同步。如果一個線程獲取了互斥體，則要獲取該互斥體的第二個線程將被掛起，直到第一個線程釋放該互斥體。CreateMutex（）函數(shù)可用來創(chuàng)建一個有名或無名的互斥量對象（3）CreateSemaphore()：CreateSemaphore() 是系統(tǒng)提供的API，包含在Windows.h 中，應(yīng)用在同步的處理中。作用是創(chuàng)建一個新的信號機(jī)，執(zhí)行成

10、功，返回信號機(jī)對象的句柄；零表示出錯。一旦不再需要，一定記住用CloseHandle關(guān)閉信號機(jī)的句柄。它的所有句柄都關(guān)閉以后，對象自己也會刪除。一旦值大于零，信號機(jī)就會觸發(fā)（發(fā)出信號）。Semaphore是一個同步問題機(jī)制，不論是Event或Mutex，其他Process在執(zhí)WaitForSingleObject時，就看當(dāng)時的物件是Signal或UnSignal而決定是否等待，而Semaphore也相同，但是它要變成Signal /UnSignal的狀態(tài)，卻有些不同，它是提供一個計數(shù)值，它允許在這個計數(shù)值之內(nèi)，任何執(zhí)行到WaitForSingleObject的Thread都不會停下來，而且每執(zhí)

11、行WaitForSingleObject一次，計數(shù)值就減一，當(dāng)計數(shù)值變成0時，該Semaphore才會處於UnSignal的狀態(tài)，而某個Thread ReleaseSemaphore時，便會將計數(shù)值增加，以便其他的Thread或本身可得Signal的訊號，而使WaitForSingleObject停止等待。 （4）ReleaseSemaphore（）：ReleaseSemaphore（）函數(shù)的作用是增加信號機(jī)的計數(shù)。如果成功，就調(diào)用信號機(jī)上的一個等待函數(shù)來減少它的計數(shù)。（5）WaitForSingleObject（）：函數(shù)用來檢測hHandle事件的信號狀態(tài)，在某一線程中調(diào)用該函數(shù)時，線程暫時

12、掛起，如果在掛起的dwMilliseconds毫秒內(nèi)，線程所等待的對象變?yōu)橛行盘枲顟B(tài)，則該函數(shù)立即返回；如果超時時間已經(jīng)到達(dá)dwMilliseconds毫秒，但hHandle所指向的對象還沒有變成有信號狀態(tài)，函數(shù)照樣返回。參數(shù)dwMilliseconds有兩個具有特殊意義的值：0和INFINITE。若為0，則該函數(shù)立即返回；若為INFINITE，則線程一直被掛起，直到hHandle所指向的對象變?yōu)橛行盘枲顟B(tài)時為止。（6）ResumeThread（）:線程恢復(fù)函數(shù)，使用該函數(shù)能激活線程的運(yùn)行，使CPU分配資源讓線程恢復(fù)運(yùn)行。（7）ReleaseMutex（）：釋放由線程擁有的一個互斥體（8）Sl

13、eep（）：睡眠等待七.程序總體算法流程圖程序開始鍵入店中的椅子數(shù)是否開始接待顧客 尚未營業(yè)Mutex理發(fā)師線程True顧客線程False有空椅等待是離開有顧客等待休息否理發(fā)師在睡覺則喚醒理發(fā)，否則繼續(xù)是八.程序運(yùn)行 （1）鍵入店中的椅子數(shù) （2）鍵入椅子數(shù)后詢問是否接待顧客 （3）開始接待顧客，第一個顧客到來 （4）依次有顧客到來 （5）還有顧客依次到來九.源代碼#include "stdafx.h"#include "windows.h"#include "iostream.h"#include "math.h"

14、;int long waiting(0); /等待理發(fā)的顧客人數(shù)int chairs; /店中椅子的總數(shù)目char open_door; /開門char close_door; /關(guān)門int count(0); /顧客的序號int finish(0); /已經(jīng)理完發(fā)的顧客人數(shù)DWORD a;(無符號整數(shù)32位)HANDLE Mutex =:CreateMutex(NULL, FALSE, "Mutex"); /用來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的互斥 HANDLE barbers =:CreateSemaphore(NULL, 1,1, "barbers"); /定義信號量來

15、進(jìn)行線程間的同步HANDLE customers =:CreateSemaphore(NULL,0,3,"customers"); /定義信號量來進(jìn)行線程間的同步int random()/定義隨機(jī)函數(shù)來產(chǎn)生顧客，并使兩個顧客間的時間少于15秒 return (rand()*15000)/RAND_MAX;void cuthair()/理發(fā)師的理發(fā)函數(shù)，用時15秒 :Sleep (15000);cout<<"理發(fā)結(jié)束 !"<<endl;void gethaircut()/ 顧客被理發(fā)的函數(shù):Sleep (15001); /顧客被理發(fā)

16、的函數(shù)，為了和理發(fā)師之間有所區(qū)別，比理發(fā)師理發(fā)時間長1毫秒cout<<"第"<<finish<<"個顧客理發(fā)完畢,離開 "<<endl; DWORD WINAPI customer(LPVOID pParm2)/ 顧客線程:WaitForSingleObject(Mutex ,INFINITE); /P(mutex)來進(jìn)行互斥操作count+; /來的是第幾個顧客cout<<"顧客敲門！第 "<<count<<" 個顧客到來 "&l

17、t;<endl; if (waiting<chairs) /如果有空椅子if (waiting!=0)cout<<"現(xiàn)在有"<<waiting <<" 個人在等待理發(fā)"<<endl;elsecout<<"無人在等待理發(fā)"<<endl; /輸出有多少人在等待waiting+;cout<<"剩余"<<chairs-waiting+1<<"個座位"<<endl;cout&

18、lt;<"有空位，顧客已坐下"<<endl;:ReleaseSemaphore(customers,1,NULL);/V(customer):ResumeThread(customers);/喚醒理發(fā)師進(jìn)程:ReleaseMutex(Mutex);/釋放互斥量，以便其他線程使用:WaitForSingleObject(barbers,INFINITE);/等待理發(fā)gethaircut();/理發(fā)并離開elsecout<<"沒有空椅子，第"<<count<<"個顧客離開理發(fā)店"<

19、;<endl; /沒有椅子，顧客直接離開:ReleaseMutex(Mutex);return 0;DWORD WINAPI barber(LPVOID pParm1)/理發(fā)師線程 while(true) /外循環(huán) :WaitForSingleObject(customers,INFINITE);/p(customers)，等待顧客:WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE); /等待互斥量 waiting-; /等待的人數(shù)減1:ReleaseSemaphore(barbers,1,NULL); /釋放信號量:ResumeThread(barbers); /喚

20、醒顧客進(jìn)程:ReleaseMutex(Mutex); /v(mutex); cuthair(); /理發(fā)finish+; /理發(fā)完畢的顧客數(shù)目加1 return 0;int main(int argc, char* argv)/實(shí)現(xiàn)線程的操作 cout<<"輸入理發(fā)店中的椅子個數(shù):"cin>>chairs;cout<<"店中有"<<chairs<<"把椅子"<<endl; /設(shè)置椅子數(shù)目cout<<"是否開始接待顧客?Y/N"<

21、;<endl; /是否開門營業(yè)cin>>open_door;while (open_door!='Y')cout<<endl<<"尚未營業(yè)！"<<endl;cout<<"是否開始接待顧客?Y/N"<<endl;cin>>open_door;HANDLE hThread1;HANDLE hThread2;hThread2=:CreateThread (NULL,0,barber,NULL,0,NULL); /產(chǎn)生一個理發(fā)師進(jìn)程while (open_d

22、oor='y')while(close_door!='y') :Sleep(random();/函數(shù)實(shí)現(xiàn)顧客隨機(jī)到來hThread1=:CreateThread(NULL,0,customer,NULL,a,NULL);cout<<endl<<"正在營業(yè)，請進(jìn)！"<<endl; if (finish>=8 && waiting=0)/如果完成數(shù)超過8并且沒有人等待cout<<"已經(jīng)為"<<finish<<"個顧客理發(fā)了，是否停止?fàn)I業(yè)?"<&l