操作系统课程设计-哲学家进餐问题

潍坊学院计算机工程学院课程设计说明书课程名称：____操作系统课程设计_________________设计项目：____哲学家就餐问题____________________学生姓名：_____XXXXXX_________________________学号：______130211400XX_____________________专业：______计算机科学与技术________________班级：______一班___________________________指导教师：_______王红____________________________2016年__3___月一、任务与具体要求哲学家有N个，规定全体到齐后开始讨论，在讨论的间隙哲学家进餐，每人进餐时都需使用刀、叉合一把，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。二、设计说明书包括的内容1.需求分析2.系统概要设计3.系统详细设计4.系统的主要源代码5.系统测试及调试6.总结7.主要参考文献三、应完成的图纸四、评语及成绩指导教师（签字）_____________________年____月____日目录一、需求分析___________________________________________________________1二、系统概要设计_______________________________________________________2三、系统详细设计_______________________________________________________3四、系统的主要源代码___________________________________________________4五、系统测试及调试_____________________________________________________9六、总结______________________________________________________________13七、主要参考文献______________________________________________________131一、需求分析有一个故事是这样的：假设有五位哲学家围坐在一张圆形餐桌旁，做以下两件事情之一：吃饭，或者思考。吃东西的时候，他们就停止思考，思考的时候也停止吃东西。餐桌中间有一大碗意大利面，每两个哲学家之间有一只餐叉。因为用一只餐叉很难吃到意大利面，所以假设哲学家必须用两只餐叉吃东西。他们只能使用自己左右手边的那两只餐叉。上边的故事里有五个哲学家(不过我们写的程序可以有N个哲学家)，这些哲学家们只思考或吃饭，他们思考的时候不需要任何共享资源，但是吃饭的时候就必须使用餐具，而餐桌上的餐具是有限的，故事里，餐具是叉子，吃饭的时候要用两把叉子把面条从碗里捞出来。很显然把叉子换成筷子会更合理，因为一个哲学家需要两根筷子才能吃饭。现在引入问题：有六个哲学家很穷，只买得起六根筷子。他们坐成一圈，两个人的中间放一根筷子。哲学家吃饭的时候必须同时得到左手边和右手边的筷子。如果他身边的任何一位正在使用筷子，那他只有等着。如下图：1AA62AA53A4A1、2、3、4、5、6为哲学家A为一根筷子42以上就为我们要处理的哲学家就餐问题，接下来将编写程序模拟解决这个问题。二、系统概要设计2.1设计一个程序，能够显示当前各哲学家的状态和桌上餐具的使用情况，并能无死锁的推算出一状态各哲学家的状态和桌上餐具的使用情况。即设计一个能安排哲学家正常生活的程序。为哲学家设计3种状态，即“等待”“进餐”“思考”。每个哲学家重复进行“等待”-“进餐”-“思考”的行动循环。其中：“等待”-“进餐”：只有一个哲学家处于等待进餐状态，且左右手两边的餐具都处于“空闲”状态时，可以发生这种状态改变。此状态改变发生后，哲学家拿起左右手两边的餐具。“进餐”-“思考”：此状态改变发生后，哲学家放下左右手上的餐具。餐具状态由“使用中”转变为“空闲”。“思考”-“等待”：哲学家思考结束后，无条件转入等待状态。由上所述，程序中应设置6个元素的信号量数组用来保持哲学家之间的同步。2.2系统平台、语言及工具（1）操作系统：Windows（2）程序设计语言：C++（3）工具：VC++6.02.3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（CriticalSection）。每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区（CriticalSection）（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。3三、系统详细设计否是定义信号量开始定义哲学家类对象哲学家们的状态发生改变输出当前状态图停止程序？结束4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：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表示得到筷子正在吃饭，2表示正在思考Philosopher(intnum)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tools[6]，用来保存6根筷子当前状态：true表示该筷子当前空闲，false表示该筷子当前正被使用。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用来返回一根筷子的状态。四、系统的主要源代码#includewindows.h#includetime.h#includestring#includeiostream#includeassert.husingnamespacestd;//控制活动线程数目的信号量（保护线程共享资源）booltools[6];//全局变量，用餐工具5CRITICAL_SECTIONcs;//信号量,在线程中使用，临界区classPhilosopher{private:intnumber;intstatus;/*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(intnum=0):status(2),number(num){}intfind()const{returnnumber;}intgetinfo()const{returnstatus;}voidChange();//状态改变函数};voidPhilosopher::Change(){EnterCriticalSection(&cs);//进入临界区if(status==1)//正在进餐{tools[number%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}6elseif(status==2)//思考中{status=0;//改变状态为等待}elseif(status==0)//等待中{if(tools[number%6]&&tools[(number-1)%6])//左右手两边工具均为空闲状态{tools[number%6]=false;//拿起左手工具tools[(number-1)%6]=false;//拿起右手工具status=1;}}LeaveCriticalSection(&cs);}stringprint(Philosopher*pA){//pA-Change();inti=pA-getinfo();stringstr;if(i==0)str=等待;elseif(i==1)7str=就餐;elsestr=思考;returnstr;}stringtoolstatus(boola){stringstate;if(a==true)state=闲;if(a==false)state=用;returnstate;}intmain(){charcon='y';//判断是否继续for(inti=0;i6;i++)tools[i]=true;//3组筷子都未使用，初始化PhilosopherP1(1),P2(2),P3(3),P4(4),P5(5),P6(6);InitializeCriticalSection(&cs);//初始化初始化临界区cout哲学家们开始生活：endl;coutendl;8coutendl;while(con=='y'){P1.Change();P2.Change();P3.Change();P4.Change();P5.Change();P6.Change();cout当前状态为：endl;coutP1.find()print(&P1)endl;coutP6.find()print(&P6)toolstatus(tools[0])toolstatus(tools[1])P2.find()print(&P2)endl;couttoolstatus(tools[5])toolstatus(tools[2])endl;coutP5.find()print(&P5)toolstatus(tools[4])toolstatus(tools[3])P3.find()print(&P3)endl;coutP4.find()print(&P4)endl;cout--------------------------endl;cout若要继续下一状态，输入y；输入其他，结束程序：;cincon;Sleep(20);9}DeleteCriticalSection(&cs);//退出资源区return0;}五、系统测试及调试初始状态10状态一状态二11状态三状态四12状态五退出13六、总结通过这次课程设计，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，而且使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对一些前面学过的知识理解得不够深刻的，通过这一个星期的课程设计，通过程序的编写发现有了进一步的理解，其中也明白了很多道理，哲学家进餐问题从理论上讲很容易，就6个人只有6个筷子，要实现他们吃通心面的有序性，但要用程序来模拟远非文字的叙述那么简单，但还是可以实现的，尽管不是很容易的实现了。其中蕴含哲理，只要能用想出来，就可以用程序把他编处理。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。七、主要参考文献[1]王红主编操作系统原理及应用（Linux）清华大学出版社，2013[2]李爱华，程磊著面相对象程序设计（C++语言）清华大学出版社，2010[3]梁红兵，汤小丹，汤子瀛计算机操作系统学习指导与题解（第二版）西安电子科技大学出版社,2008.