操作系统课程设计---理发师问题的实现

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实践教学

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兰州理工大学

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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：

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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。

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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)

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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)

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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)

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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。

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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：

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（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。

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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

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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。