操作系统课程设计---理发师问题的实现

)*******************实践教学*******************兰州理工大学（计算机与通信学院2011年秋季学期操作系统课程设计<题目：理发师问题的实现专业班级：计算机科学与技术姓名：学号：指导教师：成绩：【摘要理发师问题是一个利用信号量进行PV操作的经典问题。

设计程序实现此问题，要使得理发师的活动与顾客的活动得到各自真实的模拟。

所执行的程序应体现：理发师在没有顾客的时候去睡觉，有顾客则工作；顾客在理发师工作时坐下等待，无座时离开，直至等到理发师自己理发。

关键字：理发师，顾客，PV操作。

#）目录摘要 (2)1 设计要求 (4)初始条件 (4)技术要求 (4)2 总体设计思想及开发环境与工具 (4)总体设计思想 (4)多线程编程原理 (5)；创建一个线程 (5)等待一个线程结束 (5)信号量 (6)伪码实现 (6)开发环境与工具 (8)3数据结构与模块说明 (8)数据结构 (8)函数的调用关系图 (8);主函数模块 (8)理发师模块 (9)顾客模块 (10)5运行结果 (10)运行步骤 (10)测试结果 (11)编辑，编译和运行的过程图 (11)错误部分截图 (12)》正确运行结果图 (12)设计总结 (16)参考文献 (17)致谢 (18)附录（源程序代码） (19)\1 设计要求初始条件（1）操作系统：Linux（2）程序设计语言：C语言（3）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（1）为每个理发师／顾客产生一个线程，设计正确的同步算法（2）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。

（3）至少有10个顾客，每人理发至少3秒钟。

（4）多个顾客须共享操作函数代码。

2 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事件；等待和理发二个事件。

店里有固定的椅子数，上面坐着等待的顾客，顾客在到来这个事件时，需判断有没有空闲的椅子，理发师决定要理发或睡觉时，也要判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：!（1）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。

（2）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。

（3）故引入3个信号量和一个控制变量：ⅰ控制变量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，并用作阻塞理发师进程，初值为0；ⅲ信号量barbers用来记录正在等候顾客的理发师数，并用作阻塞顾客进程，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下进行多线程编程需要用到pthread_create和pthread_join这两个函数。

>2.2.1 创建一个线程pthread_create用来创建一个线程，原型为：extern int pthread_create((pthread_t *__thread, __const pthread_attr_t *__attr,void *(*__start_routine) (void *), void *__arg))第一个参数为指向线程标识符的指针，第二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，最后一个参数是运行函数的参数。

函数thread不需要参数时，最后一个参数设为空指针。

第二个参数设为空指针时，将生成默认属性的线程。

创建线程成功后，新创建的线程则运行参数三和参数四确定的函数，原来的线程则继续运行下一行代码。

2.2.2 等待一个线程结束pthread_join用来等待一个线程的结束，函数原型为：extern int pthread_join __P ((pthread_t __th, void **__thread_return)); 第一个参数为被等待的线程标识符，第二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阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被\等待的线程结束为止，当函数返回时，被等待线程的资源被收回。

2.2.3 信号量（1）函数sem_init（）用来初始化一个信号量，函数原型为：extern int sem_init __P ((sem_t *__sem, int __pshared, unsigned int __value));sem为指向信号量结构的一个指针；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所有线程共享；value给出了信号量的初始值。

（2）函数sem_post( sem_t *sem )用来增加信号量的值。

当有线程阻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阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。

（3）函数sem_wait( sem_t *sem )被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0，解除阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少。

函数sem_trywait ( sem_t *sem )是函数sem_wait（）的非阻塞版本，它直接将信号量sem的值减一。

&伪码实现difine n 5；3.2.1 3.2.23.2.3SleepingBarber 测试结果编辑，编译和运行的过程图\￥|5.2.2 错误部分截图正确运行结果图第一次运行结果如下图：第二次运行结果如下图：—~第三次运行结果如下图；'设计总结两周的的操作系统课程设计终于完成了，回想这两周的努力，感触良多。

拿到题目时我不知从何下手，想想自己对Liunx一无所知，无奈，只好去查阅相关书籍，并在网上查找了相关资料，了解了linux多线程编程的原理，应注意的问题，及一些常用命令;第一周先设计出了该程序的伪代码即其wait、signal操作。

然后，根据其要求进行编程，由于使用的是多线程编程，开始进行编译的时候，编译命令输入错误，没有输入-lpthread，程序总是出现错误。

同时，创建线程函数时，由于对其格式输入错误导致程序无法运行。

例如，等都为本次调试时的程序。

第二周主要是不断的调试并完善程序。

程序可以运行，但与要求总有些不符，故不断的进行修改，并对其输出的格式进行完善，使其输出看起来美观一些，容易观察一些。

例如，等程序为此次调试结果。

然后是在原有代码的基础上，使程序更完整些。

并进行结果的截图，开始设计并编写课程设计说明书。

通过本次编程我熟悉了linux 下的多线程编程和信号量实现wait、signal 操作的全过程，对同步和互斥问题也有了更深一步的理解，同时，也使我对linux 编程有了更多的了解，在很多方面，它与在windows下编程有着很大的不同，对与多线程来说更方便一些。

设计过程中也遇到不少困难，尤其是对于多线程的实现，结果总是不如想象中完美。

比如其顾客编号的输出有时会不按顺序，输入有点乱。

另外，有时，输出结束后，程序仍无法结束，必须强制性关闭终端才可以结束程序，这是本程序的一个不足之处。

在本次课程设计中我深深感觉到自己掌握的知识还远远不够，我明白光是知道书本上的知识是远远不够的，一定要把理论知识和实践结合起来。

同时，要多多学习linux的操作。

]参考文献1. 汤子瀛，哲凤屏.《计算机操作系统》.西安电子科技大学学出版社.2. 王清，李光明.《计算机操作系统》.冶金工业出版社.3.孙钟秀等. 操作系统教程. 高等教育出版社4.曾明. Linux操作系统应用教程. 陕西科学技术出版社.5. 张丽芬，刘利雄.《操作系统实验教程》. 清华大学出版社.6. 孟静，操作系统教程－－原理和实例分析. 高等教育出版社7. 周长林，计算机操作系统教程. 高等教育出版社~8. 张尧学，计算机操作系统教程，清华大学出版社9.任满杰，操作系统原理实用教程，电子工业出版社…&致谢在此次课程设计的过程中，我首先要感谢我的指导老师张永老师，给了我很大的帮助，与此同时感谢宿舍的舍友，对此次课程设计的程序的调试工作给予了大力的帮助。

…）附录（源程序代码）##include<>#include<>#include<>#include<>#include<>#include<>#include<>#define n 5 //the shop have five chairs"//design three semaphores: mutex,customer,barbers sem_t mutex,customers,barbers;int waiting=0; //the number of waiting customers int chair[5];void * barber();void * customer(void *arg);{int main(int argc,char *argv[]){//create 10 semaphores and one Barber semaphorepthread_t Customer_id[10],Barber_id;int i;sem_init(&mutex,0,1); //init mutex semaphore to 1sem_init(&customers,0,0);//init semaphore customers to 0sem_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);return 0;}//creat barber pthreadvoid * barber(){int i;￥int next;//wait(customers),if no customers,barber sleepingsem_wait(&customers);sem_wait(&mutex); //wait(mutex)waiting--; //the numer of waiting reduce onefor(i=0;i<5;i++){if (chair[i]!=0).{next= chair[i];chair[i]=0;break;}}printf("The barber is cutting %dth customer's hair\n",next); sleep(3);~sem_post(&mutex);sem_post(&barbers);}//creat customer pthreadvoid * customer(void *arg){int i;~sem_wait(&mutex); //wait(mutex) if(waiting<n)if(waiting<n){waiting++; //the numer of waiting plus onefor(i=0;i<5;i++){if (chair[i]==0){chair[i]=(int)arg;break;}}printf("***************************************************\n");printf("Entered:Number %d customer comes,and sits at %d chair \n",(int)arg,(i+1));printf("There are %d customer on the chair\n",waiting);printf("The customers' location are:");for(i=0;i<5;i++)printf("%d ",chair[i]);printf("\n");sleep(1);sem_post(&mutex); //signal(mutex)sem_post(&customers); //signal(customers)sem_wait(&barbers); //wait(barbers)}else{printf("Number %d comes,there are no chairs,the customer %d is leaving\n",(int)arg,(int)arg);sem_post(&mutex);}}。