操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)-進(jìn)程通信與進(jìn)程同步機(jī)制實(shí)踐

《操作系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)題目：進(jìn)程通信與進(jìn)程同步機(jī)制實(shí)踐學(xué)院名稱：計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信工程學(xué)院班級(jí)學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：教師姓名：教師職稱：2016年1月8日

目錄一課程設(shè)計(jì)內(nèi)容二開發(fā)環(huán)境二原理五主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和流程六原語對(duì)應(yīng)的函數(shù)及算法七測(cè)試結(jié)果與分析八總結(jié)九源程序清單一課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容【設(shè)計(jì)內(nèi)容】某銀行提供6個(gè)服務(wù)窗口(3個(gè)對(duì)私服務(wù)窗口，2個(gè)對(duì)公服務(wù)窗口，1個(gè)理財(cái)服務(wù)窗口、一臺(tái)取號(hào)機(jī)和20個(gè)供顧客等待的座位。顧客到達(dá)銀行時(shí)，若有空座位，則到取號(hào)機(jī)上領(lǐng)取一個(gè)號(hào)，等待叫號(hào)；若沒有空座位，則在門外等待或離開。取號(hào)機(jī)每次僅允許一位顧客使用，有對(duì)公、對(duì)私和理財(cái)三類號(hào)，每位顧客只能選取其中一個(gè)。當(dāng)營(yíng)業(yè)員空閑時(shí)，通過叫號(hào)選取一位顧客，并為其服務(wù)?！菊f明】(1)可模擬設(shè)立一個(gè)服務(wù)時(shí)間區(qū)間如9：00-17:00，也可限定最大服務(wù)人數(shù)；(2)顧客達(dá)到時(shí)間隨機(jī)，辦理對(duì)私、對(duì)公、理財(cái)業(yè)務(wù)隨機(jī)，每位顧客服務(wù)時(shí)間可設(shè)定在一定范圍內(nèi)。這些都可通過隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生。(3)取號(hào)時(shí)顧客拿到的號(hào)含有號(hào)碼和等待的人數(shù)，例如A、B、C分別代表對(duì)私、對(duì)公、理財(cái)，“號(hào)碼：A05，有2人等待”表示取的是對(duì)私服務(wù)號(hào)，編號(hào)是05，有2人等待辦理對(duì)私業(yè)務(wù)。(4)成績(jī)?cè)u(píng)定：平時(shí)占60%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占40%；其中平時(shí)60%包括考勤和學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)積極性等占20%，兩次檢查，每次檢查各占20%。【檢查說明】第一次檢查：時(shí)間18周周三-四，檢查同步與互斥算法與API熟悉情況第二次檢查：時(shí)間18周周五上午與晚上，檢查最終程序完成情況?！疽蟆空f明設(shè)置哪些信號(hào)量？信號(hào)量的含義和初始值是什么？并用信號(hào)量和P、V操作寫出進(jìn)程的同步算法。(注：該內(nèi)容包含在設(shè)計(jì)報(bào)告中，并在第一次檢查時(shí)檢查)查閱并自學(xué)進(jìn)程、線程的創(chuàng)建與撤銷、信號(hào)量、P操作、V操作等相關(guān)原語的系統(tǒng)調(diào)用。(注：該內(nèi)容包含在設(shè)計(jì)報(bào)告中，并在第一次檢查時(shí)檢查)在Linux或Windows或Unix環(huán)境下，采用系統(tǒng)調(diào)用中的進(jìn)程或線程的創(chuàng)建與撤銷、信號(hào)量、P操作、V操作，編程解決上述問題，并完成調(diào)試與測(cè)試工作。(注：該內(nèi)容包含將并在第二次檢查時(shí)檢查)打?。海ㄗ⒁猓河捎诙鄠€(gè)進(jìn)程共享一個(gè)顯示器或文件，需要互斥訪問）各進(jìn)程的初始狀態(tài)信息；中間狀態(tài)變化信息；最終狀態(tài)信息。例如，顧客到達(dá)時(shí)的時(shí)間狀態(tài)信息，領(lǐng)取的號(hào)碼信息，等待時(shí)間，接收服務(wù)的服務(wù)窗口信息、服務(wù)時(shí)間，離開時(shí)間等信息。目的通過課程設(shè)計(jì)模擬銀行辦理業(yè)務(wù)的情景，使用pv操作實(shí)現(xiàn)互斥與同步。來進(jìn)一步熟悉課堂上講授的pv操作原語，掌握進(jìn)程的互斥與同步的知識(shí)。二開發(fā)環(huán)境windows操作系統(tǒng)，使用Java語言，在eclipse上實(shí)現(xiàn)三原理及算法1用一個(gè)線程來模擬一位客戶，客戶到來時(shí)間，離開時(shí)間，都是通過獲取系統(tǒng)的時(shí)間來體現(xiàn)。中間等待及辦理業(yè)務(wù)的時(shí)間則通過產(chǎn)生的一定范圍的隨機(jī)數(shù)對(duì)線程進(jìn)行睡眠來模擬的2總共分為三個(gè)類，第一個(gè)類是包括主函數(shù)的類，用來開啟程序并創(chuàng)建線程對(duì)象。第二個(gè)類是線程類，包括線程的定義和線程的方法run方法，在run方法內(nèi)對(duì)實(shí)現(xiàn)主要程序的功能的函數(shù)進(jìn)行調(diào)用。第三個(gè)類，就是存儲(chǔ)的需要用到的主要變量，計(jì)數(shù)器，及實(shí)現(xiàn)程序功能的三個(gè)函數(shù)，供所有的線程公用。三個(gè)函數(shù)。第一個(gè)函數(shù)進(jìn)行座位的檢測(cè)，有座位則進(jìn)入銀行，沒有在在外等待，以及獲取此時(shí)運(yùn)行該線程的名字，作為一個(gè)客戶的標(biāo)識(shí)，并通告該客戶到來及此時(shí)的時(shí)間。第二個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)取號(hào)功能，其中包括判斷取號(hào)機(jī)是否有人使用，取號(hào)時(shí)根據(jù)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生三種不同的票號(hào)，同時(shí)該票號(hào)的內(nèi)容還包括票的序號(hào)和此類票號(hào)對(duì)應(yīng)的服務(wù)窗口現(xiàn)在還有多少人在等待。第三個(gè)函數(shù)是服務(wù)功能，包括根據(jù)票號(hào)判斷此時(shí)該類窗口是否有已滿，滿了就等待，沒滿則去辦理業(yè)務(wù)。辦理業(yè)務(wù)通過產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)對(duì)線程進(jìn)行休眠，客戶離開時(shí)，通告客戶的服務(wù)時(shí)間，及離開的時(shí)間。四主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和流程六個(gè)信號(hào)量一個(gè)代表大廳的座位，初值為20。一個(gè)代表取號(hào)機(jī)，初值為1,。三個(gè)窗口，初值分別為3,2,1。一個(gè)用來實(shí)現(xiàn)對(duì)記錄大廳人數(shù)的變量的互斥操作。四個(gè)變量一個(gè)代表辦理業(yè)務(wù)的總?cè)藬?shù)。三個(gè)分別代表三個(gè)窗口的等待人數(shù)。票號(hào)的格式為服務(wù)+票號(hào)+等待人數(shù)。例如A-22-3表示辦理對(duì)私服務(wù)，票號(hào)為22，該窗口還有3人在等待。等待時(shí)間，服務(wù)時(shí)間，均是調(diào)用函數(shù)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。流程圖五原語對(duì)應(yīng)函數(shù)及pv算法創(chuàng)建線程：繼承Thread類，實(shí)現(xiàn)run方法信號(hào)量semaphorep操作：acquirev操作：releaseSemaphoreZcount,Qcount,counta,countb,countc,countx;Zcount.value=20;Qcount.value=1;Counta.value=3;Countb.value=2;Countc.value=1;Countx.value=1;Process{P(&zcount);{p(&qcount);取票ABCReturnA或者B或者C;v(&qcount);If(A){P(&counta);V(&zcount);辦理服務(wù)V(&counta);}Elseif(B){P(&countb);V(&zcount);辦理服務(wù)V(&countb);}Else{P(&countc);V(&zcount);辦理服務(wù)V(&countc);}}}六測(cè)試結(jié)果與分析分析：進(jìn)程的名字標(biāo)志客戶。由于線程太快，設(shè)置的休眠時(shí)間較短，所以存在同一秒級(jí)有多個(gè)用戶到達(dá)。服務(wù)時(shí)間為1000,2000,3000毫秒隨機(jī)。到來及離開都是分別獲取此時(shí)系統(tǒng)的時(shí)間。七總結(jié)經(jīng)過本次的實(shí)驗(yàn)對(duì)pv操作有了更進(jìn)一步的理解，從更深層次了解了同步與互斥的原理及實(shí)現(xiàn)的過程。設(shè)計(jì)過程遇到了各種問題。在設(shè)計(jì)pv操作時(shí)由于座位加上窗口共可以存放26個(gè)人，盡管信號(hào)量設(shè)置的是20，但是需要在每一個(gè)人申請(qǐng)到窗口時(shí)即釋放座位。就是在釋放窗口之前。在設(shè)計(jì)程序時(shí)關(guān)于每個(gè)線程共享的變量以及每個(gè)線程私有的變量的問題，比如取到的號(hào)即為每個(gè)線程的私有變量。最后經(jīng)過一周半的課程設(shè)計(jì)之后，對(duì)編程，解決問題的能力，都有了一定的提升。九源程序清單第一個(gè)類packagebank1;publicclassroutine{publicstaticcommoncomm=newcommon(); @SuppressWarnings("deprecation") publicstaticvoidmain(String[]args){ inti; for(i=1;i<=20;i++){ clientclii=newclient(comm); clii.start(); } }}第二個(gè)類packagebank1;importmon;importjava.util.Random;importjava.util.concurrent.Semaphore;publicclassclientextendsThread{privatecommoncomm;Stringresult=newString(); publicclient(commonthiscomm){ //TODO自動(dòng)生成的構(gòu)造函數(shù)存根 comm=thiscomm; }publicvoidrun(){ Randomran=newRandom(); try{ sleep((ran.nextInt(6)+1)*2000); }catch(InterruptedExceptione1){ //TODO自動(dòng)生成的catch塊 e1.printStackTrace(); } comm.sit(this.getName()); result=comm.qu(this.getName()); comm.handle(result,this.getName()); try{ sleep(10); }catch(InterruptedExceptione){ //TODO自動(dòng)生成的catch塊 e.printStackTrace(); }}}第三個(gè)類packagebank1;importjava.util.Date;importjava.util.Random;importjava.util.concurrent.Semaphore;publicclasscommon{ privateintzcount; privateintaa,bb,cc; Semaphoresemaphore=newSemaphore(10); Semaphoresemaphoreq=newSemaphore(1); Semaphoresemaphorea=newSemaphore(3); Semaphoresemaphoreb=newSemaphore(2); Semaphoresemaphorec=newSemaphore(1); Semaphoresemaphorez=newSemaphore(1); Randomran1=newRandom(); publiccommon(){ zcount=1; aa=-3; bb=-2; cc=-1; } publicvoidsit(Stringname){ try{ semaphore.acquire(); }catch(InterruptedExceptione){ //TODO自動(dòng)生成的catch塊 e.printStackTrace(); } Datedate=newDate(); System.out.println("客戶："+name+"在時(shí)間"+date.toString()+"：到達(dá)"+"\n"); }publicStringqu(Stringname){ Stringa=newString(); try{ semaphoreq.acquire(); }catch(InterruptedExceptione){ //TODO自動(dòng)生成的catch塊 e.printStackTrace(); } intx; inty; Randomran=newRandom(); x=ran.nextInt(9); y=zcount; //System.out.println(x); if(x<3){ aa++; intaaa; if(aa<0) aaa=0; else{aaa=aa;} a="A"+"--"+y+"該服務(wù)有"+aaa+"人等待"; System.out.println("客戶："+name+":取到號(hào)："+a+"\n"); try{ semaphorez.acquire(); }catch(InterruptedExceptione){ //TODO自動(dòng)生成的catch塊 e.printStackTrace(); } zcount++; semaphorez.release(); } elseif(3<=x&&x<=6){ bb++; intbbb; if(bb<0) bbb=0; else{bbb=bb;} a="B"+"--"+y+"該服務(wù)有"+bbb+"人等待"; System.out.println("客戶："+name+":取到號(hào)："+a+"\n"); try{ semaphorez.acquire(); }catch(InterruptedExceptione){ //TODO自動(dòng)生成的catch塊 e.printStackTrace(); } zcount++; semaphorez.release(); } else{ cc++; intccc; if(cc<0) ccc=0; else{ccc=cc;} a="C"+"--"+y+"該服務(wù)有"+ccc+"人等待"; System.out.println("客戶："+name+":取到號(hào)："+a+"\n"); try{ semaphorez.acquire(); }catch(InterruptedExceptione){ //TODO自動(dòng)生成的catch塊 e.printStackTrace(); } zcount++; semaphorez.release(); } semaphoreq.release(); returna; }publicvoidhandle(Stringb,Stringname){ if(b.charAt(0)=='A'){ try{ semaphorea.acquire(); }catch(InterruptedExceptione){ //TODO自動(dòng)生成的catch塊 e.printStackTrace(); } semaphore.release();System.out.println(name+"：正在對(duì)私服務(wù)窗口辦理業(yè)務(wù)"+"\n");intt=(ran1.nextInt(3)+1)*1000;try{ Thread.sleep(t);}catch(InterruptedExceptione){ //TODO自動(dòng)生成的catch塊 e.printStackTrace();}aa--;semaphorea.release();Datedate=newDate();System.out.println(name+"服務(wù)時(shí)間"+t+"毫秒在"+date+"：離開"+"\n"); } elseif(b.charAt(0)=='B'){ try{ semaphoreb.acquire(); }catch(InterruptedExceptione){ //TODO自動(dòng)生成的catch塊 e.printStackTrace(); } semaphore.release(); System.out.println(name+"：正在對(duì)公服務(wù)窗口辦理業(yè)務(wù)"+"\n"); intt=(ran1.nextInt(3)+1)*1000; try{ Thread.sleep(t); }catch(InterruptedExceptione){ //TODO自動(dòng)生成的catch塊 e.printStackTrace(); } bb--; semaphoreb.release(); Datedate=newDate();System.out.println(name+"服務(wù)時(shí)間"+t+"毫秒在"+date+"：離開"+"\n"); } elseif(b.charAt(0)=='C'){ try{ semaphorec.acquire(); }catch(InterruptedExceptione){ //TODO自動(dòng)生成的catch塊 e.printStackTrace(); } semaphore.release(); System.out.println(name+"：正在理財(cái)服務(wù)窗口辦理業(yè)務(wù)"+"\n"); intt=(ran1.nextInt(3)+1)*1000; try{ Thread.sleep(t); }catch(InterruptedExceptione){ //TODO自動(dòng)生成的catch塊 e.printStackTrace(); } cc--;