進(jìn)程同步模擬設(shè)計(jì)-司機(jī)和售票員問題 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目:進(jìn)程同步模擬設(shè)計(jì)——司機(jī)和售票員問題初始條件：1．預(yù)備內(nèi)容：閱讀操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理章節(jié)內(nèi)容，對(duì)進(jìn)程的同步和互斥，以及信號(hào)量機(jī)制度有深入的理解。2．實(shí)踐準(zhǔn)備：掌握一種計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的使用。要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1．模擬公共汽車司機(jī)和售票員開關(guān)門及行車操作的同步模型。2．設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容應(yīng)說明：⑴課程設(shè)計(jì)目的與功能；⑵需求分析，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或模塊說明(功能與框圖)；⑶源程序的主要部分；⑷測試用例，運(yùn)行結(jié)果與運(yùn)行情況分析；⑸自我評(píng)價(jià)與總結(jié)：=1\*romani）你認(rèn)為你完成的設(shè)計(jì)哪些地方做得比較好或比較出色；=2\*romanii）什么地方做得不太好，以后如何改正；=3\*romaniii）從本設(shè)計(jì)得到的收獲（在編寫，調(diào)試，執(zhí)行過程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)）；=4\*romaniv）完成本題是否有其他的其他方法（如果有，簡要說明該方法）；=5\*romanv）對(duì)實(shí)驗(yàn)題的評(píng)價(jià)和改進(jìn)意見，請(qǐng)你推薦設(shè)計(jì)題目。時(shí)間安排：設(shè)計(jì)安排一周：周1、周2：完成程序分析及設(shè)計(jì)。周2、周3：完成程序調(diào)試及測試。周4、周5：驗(yàn)收、撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。（注意事項(xiàng)：嚴(yán)禁抄襲，一旦發(fā)現(xiàn)，抄與被抄的一律按0分記）指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日題目:進(jìn)程同步模擬設(shè)計(jì)——司機(jī)和售票員問題1.初始條件：1．預(yù)備內(nèi)容：閱讀操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理章節(jié)內(nèi)容，對(duì)進(jìn)程的同步和互斥，以及信號(hào)量機(jī)制度有深入的理解。2．實(shí)踐準(zhǔn)備：掌握一種計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的使用。2要求完成的主要任務(wù):2.1．模擬公共汽車司機(jī)和售票員開關(guān)門及行車操作的同步模型。在汽車行駛過程中，司機(jī)活動(dòng)與售票員活動(dòng)之間的同步關(guān)系為：售票員關(guān)車門后，向司機(jī)發(fā)開車信號(hào)，司機(jī)接到開車信號(hào)后啟動(dòng)車輛，在汽車正常行駛過程中售票員售票，到站時(shí)司機(jī)停車，售票員在車停后開門讓乘客上下車。因此，司機(jī)啟動(dòng)車輛的動(dòng)作必須與售票員關(guān)車門的動(dòng)作取得同步；售票員開車門的動(dòng)作也必須與司機(jī)停車取得同步。司機(jī)P1售票員P2①啟動(dòng)②關(guān)門③到站停④開門正常運(yùn)行-售票-關(guān)門－啟動(dòng)－行駛－停－開門為了安全起見：(1)關(guān)車門后才能啟動(dòng)車輛－啟動(dòng)在關(guān)門之后(2)到站停車后，才能開車門－開車門在到站停車之后在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中可以將司機(jī)和售票員分別看作P1、P2兩個(gè)進(jìn)程，當(dāng)它們并發(fā)地向前推進(jìn)時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所接受到的實(shí)際上是司機(jī)活動(dòng)與售票員活動(dòng)的許多交叉中的任意一個(gè)交叉，這些交叉有些滿足上述要求，有些則不滿足，而操作系統(tǒng)必須保證不發(fā)生不滿足上述要求的交叉，即：如P2尚未推進(jìn)到②處時(shí)，而P1已推進(jìn)到①處，則P1應(yīng)等待直到P2推進(jìn)到②處為止；如P1尚未推進(jìn)到③時(shí)，P2已到④，則P2應(yīng)等待直到P1推進(jìn)到③處為止。P1在①處發(fā)生了等待，則P2執(zhí)行到②處時(shí)應(yīng)將P1喚醒；P2在④處發(fā)生了等待，P1到③處應(yīng)將P2喚醒應(yīng)設(shè)置兩個(gè)信號(hào)量：S1、S2;S1表示是否允許司機(jī)啟動(dòng)汽車（其初值為0);S2表示是否允許售票員開門（其初值為0）。用P、v原語描述如下：ints1=O;ints2=O;main(){cobegindriver();conductor();coend}driver(){while(1){p(s1);啟動(dòng)車輛;正常行車;到站停車;v(s2);}}conductor(){while(1){關(guān)車門;v(s1);售票;p(s2);開車門;上下乘客;}}2.2．設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容應(yīng)說明：2.2.1課程設(shè)計(jì)目的與功能；實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?duì)進(jìn)程的同步和互斥，以及信號(hào)量機(jī)制度有深入的理解。一組相互合作的并發(fā)進(jìn)程，為了協(xié)調(diào)其推進(jìn)速度，有時(shí)需要相互等待與相互喚醒，進(jìn)程之間這種相互制約的關(guān)系稱作進(jìn)程同步，雖然進(jìn)程同步僅發(fā)生在相互有邏輯關(guān)系的進(jìn)程之間，這種相互制約的關(guān)系稱作進(jìn)程同步，進(jìn)程同步現(xiàn)象僅發(fā)生在相互有邏輯關(guān)系的進(jìn)程之間，這點(diǎn)與進(jìn)程互斥不同，進(jìn)程互斥現(xiàn)象發(fā)生在任意兩個(gè)進(jìn)程之間。與進(jìn)程同步相關(guān)的另一概念是進(jìn)程合作，一組進(jìn)程如果它們單獨(dú)執(zhí)行不能正常進(jìn)行，但并發(fā)執(zhí)行可以正常進(jìn)行，這種現(xiàn)象稱為進(jìn)程合作，參與進(jìn)程合作的進(jìn)程稱為合作進(jìn)程，如司機(jī)與售票員的例子，二者單獨(dú)執(zhí)行都不能正常進(jìn)行，但二者并發(fā)反可以正常進(jìn)行，成為合作進(jìn)程，這種進(jìn)程合作的現(xiàn)象在操作系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生。實(shí)驗(yàn)功能：編寫完程序后，通過輸入程序給定的操作符對(duì)程序進(jìn)行操作來實(shí)現(xiàn)司機(jī)與售票員之間的進(jìn)程同步關(guān)系。對(duì)輸入的錯(cuò)誤操作符有識(shí)別功能給予正確的提示，對(duì)于那些不符合實(shí)際情況的操作給予限制和提示。例如車上人滿的時(shí)候要給予不能再上車的提示，車上沒人的時(shí)候要給予不能在下車的提示等等。2.2.2.需求分析，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或模塊說明(功能與框圖)；問題描述：有兩組并發(fā)進(jìn)程:司機(jī)和售票員,共享一組數(shù)據(jù)區(qū)，進(jìn)行司機(jī)開車和乘客上下車操作，要求任一時(shí)刻“只允許司機(jī)開車或乘客上下車操作。規(guī)則：允許乘客同時(shí)執(zhí)行上下車操作；不允許司機(jī)開車、乘客上下車同時(shí)操作；司機(jī)和售票員的相互關(guān)系：司機(jī)開車——乘客上下車互斥關(guān)系乘客上車——乘客下車允許具體分析：司機(jī)進(jìn)程：產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)，當(dāng)要送入緩沖區(qū)時(shí)，要檢查緩沖區(qū)是否已滿()，若未滿，則可將數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)，并通知售票員進(jìn)程；否則，等待； 售票員進(jìn)程：當(dāng)它去取數(shù)據(jù)時(shí)，要檢查緩沖區(qū)中是否有數(shù)據(jù)可取，若不為空，則取走一個(gè)數(shù)據(jù)，并通知司機(jī)進(jìn)程，否則，等待。 因?yàn)榫彌_區(qū)是個(gè)臨界資源，諸進(jìn)程對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行操作的臨界區(qū)，需要進(jìn)行互斥操作的處理。程序流程圖如下：其中buffer表示進(jìn)程同步信號(hào)量n表示車上的空余作為數(shù)p1表示司機(jī)進(jìn)程p2表示售票員進(jìn)程a為輸入的操作符 開始開始buffer=1，n=36P2buffer=1輸入操作數(shù)aa=1&&n>0a=2&&n<36n<=0n>=36a<=0//a>4a=3a=4n--n++buffer=0a=4P1buffer=1結(jié)束buffer=1YYNNY2.2.3.源程序的主要部分；#include<iostream>usingnamespacestd;intbuffer=1;//進(jìn)程同步信號(hào)量#defineSIZE36intn=SIZE;chara;intp1();intp2();intp1()//司機(jī)開車進(jìn)程{ if(buffer==0) { cout<<"汽車啟動(dòng)準(zhǔn)備離站"<<endl; cout<<"汽車正在行駛"<<endl; cout<<"汽車到站了"<<endl; cout<<"汽車已停止"<<endl; buffer=1; p2(); } return0;}intp2()//乘客上下車進(jìn)程{ if(buffer) { cout<<"售票員已打開車門"<<endl; cout<<"請(qǐng)乘客上下車"<<endl; while(1) { cin>>a; if((a=='1')&&(n>0)) { n--; cout<<"上了一名乘客"<<endl; continue; }; if((a=='2')&&(n<SIZE)) { n++; cout<<"下了一名乘客"<<endl; continue; }; if(a=='3') { break; }; if(a=='4') { if(n>=SIZE) { break; } else cout<<"乘客未全部下車，等待乘客下車"<<endl; }; if((a<='0')||(a>'4')) { cout<<"操作錯(cuò)誤，請(qǐng)輸入正確的操作符1-4"<<endl; }; if(n<=0) { cout<<"車上座位已滿，無法再上乘客了"<<endl; continue; }; if(n>=SIZE) { cout<<"乘客已全部下車"<<endl; continue; }; } cout<<"現(xiàn)在關(guān)閉車門"<<endl; buffer=0; if(a=='4') { cout<<"汽車到達(dá)終點(diǎn)站，乘客已全部下車，一天行程結(jié)束"<<endl; buffer=1; }; p1(); } return0;}intmain(){ cout<<"使用說明："<<endl; cout<<"鍵入1表示乘客上車"<<endl; cout<<"鍵入2表示乘客下車"<<endl; cout<<"鍵入3表示乘客上下車過程結(jié)束"<<endl; cout<<"鍵入4表示汽車到達(dá)終點(diǎn)站，一天行程結(jié)束"<<endl<<endl<<endl; cout<<"行程開始，汽車在起點(diǎn)站準(zhǔn)備啟動(dòng)"<<endl; p2(); return0;}2.2.4測試用例，運(yùn)行結(jié)果與運(yùn)行情況分析；運(yùn)行結(jié)果：程序運(yùn)行后結(jié)果如下:對(duì)程序操作后結(jié)果如下：運(yùn)行情況分析：程序運(yùn)行結(jié)果正確。但由于對(duì)程序的操作次數(shù)有限，所以并不能看到程序的全部功能。當(dāng)輸入的操作符不合要求的時(shí)候，程序會(huì)給出輸入錯(cuò)誤提示，由于車的容量有限，當(dāng)乘客上滿后，再對(duì)程序進(jìn)行上車操作，程序也會(huì)給出車上乘客已滿無法上車的提示。當(dāng)車上沒有乘客時(shí)，再對(duì)程序進(jìn)行下車操作，程序會(huì)給出車上乘客已全部下車的提示。2.2.5自我評(píng)價(jià)與總結(jié)：設(shè)計(jì)的比較好和比較出色的地方：這次課程設(shè)計(jì)基本上完成了實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)現(xiàn)了司機(jī)與售票員之間的同步關(guān)系。程序?qū)懙暮芎啙嵜髁?，少而精，很容易看懂，但達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并且有健全的判斷錯(cuò)誤操作的能力和對(duì)不正常操作給予提示的能力，也很切合實(shí)際情況。設(shè)計(jì)的不好的地方及如何改進(jìn)：但是程序?qū)懙糜行┖唵?，只能進(jìn)行有限的幾個(gè)簡單操作，局限性很大并不能應(yīng)用于實(shí)際情況。再對(duì)乘客進(jìn)行上下車操作時(shí)也未對(duì)乘客的情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和記錄，僅僅是體現(xiàn)出同步關(guān)系，完成實(shí)驗(yàn)要求，而未考慮的更深更遠(yuǎn)，使程序更加復(fù)雜，功能更加健全。在設(shè)計(jì)時(shí)我們應(yīng)該考慮的更多一些，使得自己的設(shè)計(jì)更有用，像用在公交車上的無人售票系統(tǒng)中等等。=3\*romaniii）從本設(shè)計(jì)得到的收獲（在編寫，調(diào)試，執(zhí)行過程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)）；這次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)使我懂得了如何用C++代碼來表示進(jìn)程間的同步關(guān)系，而不是用P,V信號(hào)量來表示。程序編寫時(shí)發(fā)現(xiàn)信號(hào)量只用一個(gè)就足以表達(dá)司機(jī)和售票員之間的同步關(guān)系，而不需要使用2個(gè)。剛做完時(shí)程序功能很不健全只有中間過程而無頭無尾，p1，p22個(gè)函數(shù)輪流調(diào)用程序始終終止不了，就像沒有起點(diǎn)站和終點(diǎn)站的汽車一