操作系统课程设计说明书基于Linux的进程之间通信.docx

中北大学
操作系统课程设计
说明书
学院、系：软件学院
专 业：软件工程
学生姓名：学号：
设计 题目： 基于Linux的进程之间通信
实现信号量通信机制（哲学家进餐）
起迄日期：2015年12月28日-2016年1月8日
指导教师： 何志英
2015年12月25日
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需求分析
小组的拿到的任务是：
设计内容：
实现管道通信，要求见 P183****题（ 3） 。
实现信号量通信机制，要求见 P191****题（ 3） 。
实现消息缓冲通信机制，要求见 P197****题。
实现共享内存区通信机制，要求见 P201****题（ 2） 。
要求：
用 Linux 中进程控制系统调用函数来创建进程（线程） 。
输出进程通信时同步的说明信息。
小组分工我拿到的题目是： （2） 实现信号量通信机制，要求见 P191****题（ 3） 。
题目的要求如下：
. 哲学家进餐问题描述：
设有 5 个哲学家， 共享一张放有 5 把椅子和 5 把叉子的圆桌， 每人分得一把椅子。 哲学
家们在肚子饥饿时才试图分两次从两边捡起两把叉子就餐。
条件：
每个人只有拿到两把叉子时，哲学家才能吃饭
如果叉子已在他人手上，则哲学家必须等到他人吃完后才能拿起叉子
任性的哲学家在自己未拿到两把叉子吃饭之前，绝不放下自己手中的叉子
问题：
.什么情况下 5个哲学家全部都吃不上饭？
答：当 5 个哲学家每人手中都拿到了 1 把叉子（共 5 把） ，即不肯放下自己手中的叉子又想
要得到左右邻居的叉子时， 每个哲学家永远拿不到两把叉子， 所有哲学家都在等待另一把叉
子，就会导致这 5 个哲学家谁都吃不上饭。也就是产生死锁后的情况。
. 编程实现没有人饿死（永远拿不到两个叉子）的算法。
答：程序请看代码实现。
2
分析：没有人饿死，就是不允许出现死锁的情况（ 5 个哲学家每人 1 把叉子）
解决死锁的方法有三种：
至多允许四位哲学家同时去拿左边的叉子， 最终保证至少有一位哲学家能够进餐， 并
且在用毕时能释放出他用过的两只叉子，从而使更多哲学家能够进餐；
规定当哲学家的左右两只叉子均可用时，才允许他拿起叉子进餐；
规定奇数号的哲学家先拿他左边的叉子， 然后再去拿他右边的叉子， 而偶数号哲学家
则相反。 五位哲学家都先竞争奇数号叉子， 获得后再竞争偶数号叉子， 最终总有一位哲学家
会因为获得两只叉子而进餐。
我采用的解决死锁问题的方法
我采用的解决死锁的方法是第二种，即在哲学家拿起叉子前先判断他左右邻居的情况，
只要左右邻居中有一位正在进餐 （叉子已经被邻居拿到， 邻居进餐结束前自己无法获得其叉
子） ，就不允许其拿起叉子进餐，这就可以预防死锁的情况发生。
软件需要完成的功能：
按照题目要求， 需要调用 Linux 操作系统函数使用信号量机制完成对哲学家进餐问题的
求解，要求所有哲学家都能吃到食物，并且要防止哲学家在竞争叉子过程发生死锁。
程序应该包含如下功能：
哲学家思考功能：哲学家在进餐前和进餐后处于思考状态；
哲学家拿起叉子动能： 哲学家进餐前需要拿起叉子， 在这个过程中可能发生死锁， 所
以要在这个功能中编写防止死锁的方法；
哲学家进餐功能：哲学家拿起叉子后开始进餐；
哲学家放下叉子功能：哲学家用餐完毕，放下叉子，并通知其左右邻居；
执行 P、 V 操作功能：由于要使用信号量机制，肯定会涉及到 P、 V 操作
创建工作环境功能： 包括建立共享内存区、 连接进程和共享内存区、 创建并初始化信
号量集、创建子进程模拟 5 个哲学家等。
软件设计的目的：
完成对哲学家进餐问题的求解，解决死锁问题。
3
最终成果：
最终要提交的成果是：说明书、源程序（ cpp 文件）
图2总体程序流程图
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2 总体设计

哲学家进餐问题

总体流程图
哲学家思考模坎
家拿起叉广模块
执行3V操作
出学家进长模块
哲学家放下叉子模块
图1哲学家进餐问题程序模块结构图
连接共享内存区和进程
申请共享内存区
创建信号量集并初始化信号量
失败
创建N^子进程
图2总体程序流程图
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图3哲学家进餐问题解决方案流程图
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