操作系统课程设计-用多线程同步方法解决睡眠理发师问题(SleepingBarber Problem).docx

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初始条件:
::C语言
,5把椅子〔另外还有一把理发椅〕,几把椅子可用连续存储单元。
要求完成的主要任务:〔包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求〕
技术要求:
为每个理发师/顾客产生一个线程,设计正确的同步算法
每个顾客进入理发室后,即时显示“Entered”及其线程自定义标识,还同时显示理发室共有几名顾客及其所坐的位置。
至少有10个顾客,每人理发至少3秒钟。
多个顾客须共享操作函数代码。
设计说明书内容要求:
设计题目与要求
总的设计思想及系统平台、语言、工具等。
数据构造与模块说明〔功能与流程图〕
给出用户名、源程序名、目标程序名和源程序及其运行结果。〔要注明存储各个程序及其运行结果的主机IP地址和名目。〕
运行结果与运行状况
〔提示: (1)连续存储区可用数组实现。
编译命令可用:cc -lpthread -o 目标文件名 源文件名
多线程编程方法参见附件。〕
设计题目与要求
设计题目
用多线程同步方法解决睡眠理发师问题〔Sleeping-BarberProblem)
设计要求
初始条件
操作系统:Linux
程序设计语言:C语言
设有一个理发师,5把椅子〔另外还有一把理发椅〕,几把椅子可用连续存储单元。
技术要求
为每个理发师/顾客产生一个线程,设计正确的同步算法
每个顾客进入理发室后,即时显示“Entered及”其线程自定义标识,还同时显示理发室共有几名顾客及其所坐的位置。
至少有10个顾客,每人理发至少3秒钟。
多个顾客须共享操作函数代码。
总体设计思想及开发环境与工具
总体设计思想
题目中要求描述理发师和顾客的行为,因此需要两类线程barber和customer分别描述理发师和顾客的行为。其中,理发师有活动有理发和睡觉两个大事;等待和理发二个大事。店里有固定的椅子数,上面坐着等待的顾客,顾客在到来这个大事时,需推断有没有空闲的椅子,理发师打算要理发或睡觉时,也要推断椅子上有没有顾客。所以,顾客和理
发师之间的关系表现为:
理发师和顾客之间同步关系:当理发师睡觉时顾客近来需要唤醒理发师为其理发,当有顾客时理发师为其理发,没有的时候理发师睡觉。
理发师和顾客之间互斥关系:由于每次理发师只能为一个人理发,且可供等侯的椅子有限只有n把,即理发师和椅子是临界资源,所以顾客之间是互斥的关系。
故引入3个信号量和一个掌握变量:
ⅰ掌握变量waiting用来记录等候理发的顾客数,初值为0;
ⅱ信号量customers用来记录等候理发的顾客数,并用作堵塞理发师进程,初值为0;ⅲ信号量barbers用来记录正在等候顾客的理发师数,并用作堵塞顾客进程,初值为1;ⅳ信号量mutex用于互斥,初值为1
多线程编程原理
此次在Linux下进展多线程编程需要用到pthread_create和pthread_join这两个函数。
创立一个线程
pthread_create用来创立一个线程,原型为:extern int pthread_create((pthread_t * thread,
*(* start_routine)(void*),void* arg))

const pthread_attr_t * attr,void
第一个参数为指向线程标识符的指针,其次个参数用来设置线程属性,第三个参数是线程运行函数的起始地址,最终一个参数是运行函数的参数。函数thread不需要参数时,最终一个参数设为空指针。其次个参数设为空指针时,将生成默认属性的线程。创立线程成功后,创立的线程则运行参数三和参数四确定的函数,原来的线程则连续运行下一行代码。
等待一个线程完毕
pthread_join用来等待一个线程的完毕,函数原型为:
externintpthread_join P((pthread_t th,void** thread_return));
第一个参数为被等待的线程标识符,其次个参数为一个用户定义的指针,它可以用来存
储被等待线程的返回值。这个函数是一个线程堵塞的函数,调用它的函数将始终等待到被等待的线程完毕为止,当函数返回时,被等待线程的资源被收回。
信号量
函数sem_init〔〕用来初始化一个信号量,函数原型为:
externintsem_init P((sem_t* sem,int pshared,unsignedint value));sem为指向信号量构造的一个指针;pshared不为0时此信号量在进程间共享,否则只能为当前进程的全部线程共享;value给出了信号量的初始值。
函数sem_post(sem_t*sem)用来增加信号量的值。
当有线程堵塞在这个信号量上时,调用这个函数会使其中的一个线程不在堵塞,选择机制同样是由线程的调度策略打算的。
函数sem_wait(sem_t*sem)被用来堵塞当前线程直到信号量sem的值大于0,解除堵塞后将sem的值减一,说明公共资源经使用后削减。函数sem_trywait(sem_t
*sem)是函数sem_wait〔〕的非堵塞版本,它直接将信号量sem的值减一。
伪码实现
difinen5;
//为顾客预备的椅子数为5
semaphore mutex=1; //用于互斥
semaphore customers=0;//等候理发的顾客数semaphore barbers=1;//正在等候顾客的理发师数
int waiting=0;
//等候理发的顾客数
//理发师线程
{
while(true)
//推断有无顾客
voidbarber
{
wait(customers); //假设无顾客,理发师睡眠
wait(mutex); //互斥
waiting--; //等候顾客数少一个
signal(mutex); //释放临界资源
signal(barber); //理发师去为一个顾客理发cut_hair; //正在理发
}
}
//顾客线程
voidcustomer
{
wait(mutex); //互斥
if(waiting<n) //假设有空椅子,则等待
{
waiting++; //等候顾客数加1
signal(mutex); //释放临界资源signal(customers); //假设理发师睡觉,唤醒理发师
wait(barber); //理发师在理发,顾客等候
get_haircut; //顾客坐下等理发师
}
else
signal(mutex); //店里人满了,顾客离开
}
}
开发环境与工具
系统平台:LINUX环境实现语言:C语言
开发工具:NANO编辑器
数据构造与模块说明
数据构造
通过分析课程设计要求,定义以下的数据:
sem_tmutex,customers,barbers;//designthreesemaphores:mutex,customer,barbersintwaiting=0; //thenumberofwaitingcustomers
intchair[5];
程序模块说明
主函数模块
主函数流程图如下:
理发师模块
理发师模块函数流程图如下:
顾客模块
顾客模块函数流程图如下:
源程序代码
#include<>#include<>#include<>#include<>#include<>#include<>#include<>
#definen5 //theshophavefivechairs
//designthreesemaphores:mutex,customer,barberssem_tmutex,customers,barbers;
intwaiting=0; //thenumberofwaitingcustomersintchair[5];
void*barber;
void*customer(void*arg);
intmain(intargc,char*argv[])
{
//create10semaphoresandoneBarbersemaphorepthread_tCustomer_id[10],Barber_id;
inti;
sem_init(&mutex,0,1); //initmutexsemaphoreto1sem_init(&customers,0,0);//initsemaphorecustomersto0sem_init(&barbers,0,1);
for(i=0;i<5;i++)pthread_create(&Barber_id,NULL,(void*)barber,NULL);for(i=0;i<10;i++)
pthread_create(&Customer_id[i],NULL,(void*)customer,(void*)(i+1));for(i=0;i<10;i++)
pthread_join(Customer_id[i],NULL);for(i=0;i<5;i++)pthread_join(Barber_id,NULL);return0;
}
//creatbarberpthread