基于同步机制的理发师问题(终123)

操作系统课程设计任务书操作系统设计说明书学院名称：计算机与信息工程班级名称：计算机科学与技术学生姓名：学号：2011211245 2011211240 2011211204 2011211238 2011211249 2011211243 题目：基于同步机制的理发师问题指导教师：起止日期： 2013年6月3日~2013年6月30日目录1 选题背景 (5)2 设计理念 (5)3 过程论述 (6)3.1 函数解释 (6)3.2 概要设计 (7)3.2.1 主函数模块 (7)3.2.2 理发师进程模块 (7)3.2.3 顾客进程模块 (8)3.3 详细设计和代码 (9)3.3.1 PV操作伪代码 (9)3.3.2 理发师进程模块代码 (10)3.3.3 顾客进程模块代码 (10)4 结果分析 (11)5 设计总结 (12)6 参考文献 (13)7 附录 (13)1 选题背景在操作系统理论中有一个非常重要的概念叫做P,V原语。

在我们研究进程间的互斥的时候经常会引入这个概念，将P,V操作方法，来解决进程间的互斥问题。

实际上，P、V原语的应用范围很广，不但可以解决进程同步与进程通信的问题而且我们还可以利用此方法解决进程管理当中的互斥问题。

那么操作系统中是如何实现P、V操作的呢？下面我们通过一个例子来说明。

wait(S): while S<=0 do no-op;S:=S- 1;signal(S): S:=S+1;说明：wait(S)和signal(S)是两个原子操作，因此，它们在执行时是不可中断的。

亦即，当进程在修改某信号量时，没有其他进程可同时对该信号量进行修改。

此外，在wait操作中，对S值得测试和做S:=S-1操作时都不可中断。

理发师问题可以理解为经典进程同理发师问题可以理解为经典进程同步问题的一个具体问题，可以使用P、V操作解决理发师和顾客之间的同步问题。

2 设计理念假设有家理发店，店里有一个理发师、一把理发椅和n把等候理发的顾客椅子。

理发过程如下：如果没有顾客则理发师便睡觉。

当有一个顾客到达时，首先查看理发师在干什么，如果在睡觉则唤醒理发师理发，然后坐到理发椅上开始理发；如果理发师正在理发，则查看是否有空的椅子可坐，如果有，他就坐下等待，如果没有，则离开；理发师为一位顾客理完发后，查看是否有人等待，如有则唤醒一位为其理发，如没有则在理发椅上睡觉。

（顾客不分优先级）。

此题可看作是ｎ个生产者与一个消费者问题。

顾客作为生产者，每来到一个就使计数器count增加１，以便让理发师（相当于消费）至最后一个顾客（相当于产品）。

并且，第１个到来的顾客应负责唤醒理发师；如果不是第１个到达的顾客，则在有空椅子的情况下坐下等待，否则离开理发店（该消费可有计数器count获得）。

主要有以下一些函数来实现整个问题的实现过程：⑴用随机函数random()来生产进入理发店的顾客。

(2)用顾客线程customer实现对顾客行为的控制。

(3)用理发师线程barber实现对理发师行为的控制。

(4)定义主函数main来实现两个线程的控制和执行操作。

3 过程论述3.1 函数解释WINAPI函数：调用约定，WINAPI即stdcall，有加WINAPI的函数基本可以说明系统将在某个时候会自己调用这个函数，里面的参数LPVOID pParm是用来在下面的（hThreadCustomer=CreateThread(NULL,0,customer,NULL,0,NULL)）创建线程时传递参数的。

传递的是第五个参数。

hThreadCustomer=CreateThread(NULL, // 没有安全描述符0, // 默认线程栈的大小customer, // 线程函数指针NULL, // 没有附加属性0, // 传递参数(LPVOID)&nNULL // 不需要获得线程号码);WaitForSingleObject函数：⑴ WaitForSingleObject(barbers,INFINITE); //等待理发⑵ WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE);//等待互斥量⑶WaitForSingleObject(customers,INFINITE);//p(customers)等待顾客该函数用来检测Handle事件的信号状态，当函数的执行时间超过dwMilliseconds就返回，但如果参数dwMilliseconds为INFINITE时函数将直到相应时间事件变成有信号状态才返回，否则就一直等待下去，直到WaitForSingleObject有返回直才执行后面的代码。

ReleaseSemaphore函数：⑴ ReleaseSemaphore(barbers,1,NULL);//释放信号量⑵ ReleaseSemaphore(customers,1,NULL)该函数用于对指定的信号量增加指定的值。

ResumeThread线程恢复函数;⑴ ResumeThread(barbers); //唤醒顾客进程;⑵ ResumeThread(customers);//唤醒理发师进程ReleaseMutex函数:⑴ ReleaseMutex(Mutex);//v(mutex);⑵ ReleaseMutex(Mutex);//释放互斥量，以便其他线程使用该函数释放由线程拥有的一个互斥体。

3.2 概要设计程序由三部分组成：主函数模块、理发师进程模块和顾客进程模块。

3.2.1 主函数模块在主程序模块中，主要实现线程的操作。

开始创建理发师线程，当有顾客到来时，在创建顾客线程来实现对顾客的操作，即开始理发，当顾客全部理发完成时，判定理发师是否关门，如果是，则结束理发师线程，程序结束；如果不是，则理发师线程继续操作，直到结束。

主程序如图3-1所示。

图3-1 主程序流程图3.2.2 理发师进程模块在理发师模块中，但有顾客来的时候，理发师线程开始申请顾客信号量，顾客减一，理发师理发，释放理发师信号量。

如果没有顾客直接释放理发师信号量。

图3-2 理发师模块流程图3.2.3 顾客进程模块在顾客模块中，当一个顾客来的时候，判断顾客人数要小于椅子数，如果没有空椅子顾客离去，如果有空椅子，顾客等待且顾客人数加1，释放顾客信号量，等待理发师理发。

图3-3 顾客模块流程图3.3 详细设计和代码3.3.1 PV操作伪代码理发师和顾客的进程之间是同步的，利用customer，barbers，mutex三个信号量来实现进程互斥。

对于顾客，顾客到来和顾客在理发是互斥的，对于理发师，理发师理发和理发师睡眠时互斥的。

通过成对出现的P和V操作实现。

具体伪代码如下：int waiting=0 ； //等候理发的顾客数int chairs=n； //为顾客准备的椅子数semaphore customers=0, barbers=0,mutex=1;//申明3个信号量barber(){while(TRUE); //理完一人,还有顾客吗?P(cutomers); //若无顾客,理发师睡眠P(mutex); //进程互斥waiting := waiting - 1; //等候顾客数少一个V(barbers); //理发师去为一个顾客理发V(mutex); //开放临界区cut-hair( ); //正在理发}customer(){P(mutex); //进程互斥if (waiting){waiting := waiting+1; // 等候顾客数加1V(customers); //必要的话唤醒理发师V(mutex); //开放临界区P(barbers); //无理发师, 顾客坐着养神get-haircut( ); //一个顾客坐下等理/}elsep(mutex); //人满了,离开! }3.3.2 理发师进程模块代码理发师进程主要是在理发师为一个顾客理发完成时，理发完毕的顾客数加一，等待理发的顾客数减一。

其代码如下：DWORD WINAPI barber(LPVOID pParm1)//理发师线程{while(true){WaitForSingleObject(customers,INFINITE);//p(customers)等待顾客 WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE);//等待互斥量ReleaseSemaphore(barbers,1,NULL);//释放信号量ResumeThread(barbers); //唤醒顾客进程;sleep(2000); //模拟理发(来源于#include<ctime>)finish++; //理发完毕的顾客数目加1cout<<"第"<<finish<<"个顾客理发完毕,离开 "<<endl;waiting--; //等待的人数减1ReleaseMutex(Mutex); //v(mutex);}return 0;}3.3.3 顾客进程模块代码顾客进程是当理发师睡眠时唤醒进行理发，理发师正在进行理发时等待。

如果没有等待的椅子则直接离开。

具体代码如下：DWORD WINAPI customer(LPVOID pParm2)// 顾客线程{if(ReleaseSemaphore(customers,1,NULL))//V(customer){WaitForSingleObject(Mutex ,INFINITE);count++;cout<<"您是第 "<<count<<" 位顾客,欢迎您"<<endl;if (waiting!=0)//(waiting来源于WaitForSingleObject){cout<<"现在有"<<waiting <<" 位顾客在等待理发，请您耐心等待"<<endl;。