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系统调用中的信号量PV操作 理发师问题

2017-11-14 18页 doc 42KB 390阅读

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系统调用中的信号量PV操作 理发师问题系统调用中的信号量PV操作 理发师问题 理发师问题:一个理发店由一间等候室W和一间工作室B组成。顾客可以 从外面大街上进入W等候理发。两个房间的入口是并排的,且共享一扇日本式可滑动的推拉门(门总是挡住一个入口)。顾客在工作室内理完发,可由B的旁门出去。W中有N把椅子,顾客必须坐着等候。理发师可由门上小窗查看W中无人就睡觉,否则开门,并叫一位顾客入内理发。顾客每进入一位,都拉铃通知理发师。若把顾客和理发师都视为进程,请用P、V操作写出进程的同步算法。 要求打印: 题目中要求描述理发师和顾客的行为,因此需要两类线程ba...
系统调用中的信号量PV操作 理发师问题
系统调用中的信号量PV操作 理发师问 理发师问题:一个理发店由一间等候室W和一间工作室B组成。顾客可以 从外面大街上进入W等候理发。两个房间的入口是并排的,且共享一扇日本式可滑动的推拉门(门总是挡住一个入口)。顾客在工作室内理完发,可由B的旁门出去。W中有N把椅子,顾客必须坐着等候。理发师可由门上小窗查看W中无人就睡觉,否则开门,并叫一位顾客入内理发。顾客每进入一位,都拉铃通知理发师。若把顾客和理发师都视为进程,请用P、V操作写出进程的同步算法。 要求打印: 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: 控制变量waiting用来记录等候理发的顾客数,初值为0 ?; ?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; ?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; ?信号量mutex用于互斥,初值为1 using System; using System.Collections.Generic; using System.Text; using System.Threading; namespace 理发师问题2 { internal class Program { // Fields private static Semaphore barbers = new Semaphore(1, 10); private static int chairs; private static int count = 0; private static Semaphore customers = new Semaphore(0, 10); private static int finish = 0; private static Semaphore mtx = new Semaphore(1, 10); private static int waiting = 0; // Methods public static void barber() { while (true) { customers.WaitOne(); mtx.WaitOne(); waiting--; barbers.Release(); mtx.Release(); cuthair(); finish++; } } public static void customer() { mtx.WaitOne(); count++; Console.WriteLine("叮咚~第{0}个顾客来了", count); if (waiting < chairs) { if (waiting > 0) { Console.WriteLine("此时有{0}个人在等待理发", waiting); } else { Console.WriteLine("没有人在等待"); } waiting++; Console.WriteLine("还有{0}个座位,顾客留下", (chairs - waiting) + 1); mtx.Release(); customers.Release(); barbers.WaitOne(); gethaircut(); } else { Console.WriteLine("座位已满,第{0}个顾客离开", count); mtx.Release(); } } public static void cuthair() { 个顾客.", finish + Console.WriteLine("开始理发~这是理发师的第{0} 1); Thread.Sleep(0x2328); Console.WriteLine("理发完成 !"); } public static void gethaircut() { Thread.Sleep(0x238c); Console.WriteLine("第{0}个顾客理发完毕,离开.", finish); } private static void Main(string[] args) { string str = string.Empty; Console.WriteLine("请输入椅子的总数目:"); chairs = Convert.ToInt32(Console.ReadLine()); Console.WriteLine("理发店共有{0}把椅子", chairs); Console.WriteLine("开门接待顾客吗?Y/N"); for (string str2 = Console.ReadLine(); (str2 != "Y") && (str2 != "y"); str2 = Console.ReadLine()) { Console.WriteLine("********对不起,尚未开门~********"); Console.WriteLine("开门接待顾客吗?Y/N"); } Console.WriteLine("********营业中,欢迎光临~********"); new Thread(new ThreadStart(Program.barber)).Start(); while ((str != "y") && (str != "Y")) { Random random = new Random(DateTime.Now.Millisecond); Thread.Sleep(random.Next(1, 0x2710)); Console.WriteLine("*******************************"); new Thread(new ThreadStart(Program.customer)).Start(); if ((finish >= 10) && (waiting == 0)) { Console.WriteLine("已经为{0}个顾客理发了,要关门下班吗?(Y/N)", finish); str = Console.ReadLine(); } if ((str == "Y") || (str == "y")) { Console.WriteLine("************暂停营业~ **********"); break; } } } } } 题目: 用多线程同步方法解决睡眠理发师问题(Sleeping-Barber Problem) 理发店有一位理发师,一把理发椅和n把用来等候理发的椅子。如果没有顾客,则更好师便在理发椅上睡觉,顾客到来时,如理发师闲则理发,否则如有空等候椅则坐等,没有空椅则离开,编写程序实现理发师和顾客程序,实现进程控制,要求不能出现竞争。 2(将1题中问题修改为有两位理发师,设计程序实现同步控制。 问题提示:可以用一个变量waiting来记录等候理发的顾客数,另使用三个信号量:用来记录等候理发的顾客数customers;用来记录理发师是否空闲的信息号量barbers,一个用于互斥访问waiting变量的mutex。 1已经做好了,只是想把理发师扩充问两个,求助~ 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。 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) 1(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( 设计说明书(1)连续存储区可用数组实现。 (2)编译命令可用: cc -lpthread -o 目标文件名 源文件名 (3)多线程编程方法参见附件。) 1设计题目与要求 1.1 设计题目 用多线程同步方法解决睡眠理发师问题(Sleeping-Barber Problem) 1.2 设计要求 1.2.1 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。 1.2.2 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 2.1 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: ?控制变量waiting用来记录等候理发的顾客数,初值为0; ?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; ?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; ?信号量mutex用于互斥,初值为1 2.2 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 em_init()用来初始化一个信号量,函数原型为: (1)函数s 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,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。 2.3 伪码实现 difine n 5; //为顾客准备的椅子数为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 void barber() { while(true) //判断有无顾客 { wait(customers); //若无顾客,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 oid customer() v { wait(mutex); // if (waiting<n) // { waiting++; // signal(mutex); // signal(customers); // wait(barber); // get_haircut; // } else signal(mutex); // } } 2.4 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 互斥 如果有空椅子,则等待 等候顾客数加1 释放临界资源 如果理发师睡觉,唤醒理发师理发师在理发, 顾客等候 顾客坐下等理发师 店里人满了,顾客离开 3数据结构与模块说明 3.1 数据结构 通过分析课程设计要求,定义以下的数据: sem_t mutex,customers,barbers; //design mutex,customer,barbers int waiting=0; //the number of waiting customers int chair[5]; 3.2程序模块说明 3.2.1主函数模块 主函数图如下: three semaphores: 3.2.2 理发师模块 理发师模块函数流程图如下: 3.2.3 顾客模块 顾客模块函数流程图如下: 源程序代码 #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<unistd.h> #include<pthread.h> #include<semaphore.h> #include<fcntl.h> #include<errno.h> #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 semaphore pthread_t Customer_id[10],Barber_id; int i; sem_init(&mutex,0,1); //init mutex semaphore to 1 sem_init(&customers,0,0);//init semaphore customers to 0 sem_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 pthread void * barber() { int i; int next; //wait(customers),if no customers,barber sleeping sem_wait(&customers); sem_wait(&mutex); //wait(mutex) waiting--; //the numer of waiting reduce one for(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 pthread void * customer(void *arg) { int i; sem_wait(&mutex); //wait(mutex) if(waiting<n) if(waiting<n) { waiting++; //the numer of waiting plus one for(i=0;i<5;i++) { if (chair[i]==0) { chair[i]=(int)arg; break; } } printf("***************************************************\n&qu ot;); 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); } } 5.2.1 编辑,编译和运行的过程图 \ 5.2.2 错误部分截图 5.2.3 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; 6调试记录 6.1调试记录 周一因有与课设时间冲突,故没有上机操作,查阅了相关书籍,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 周二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sb.c,sb1.c等都为本次调试时的程序。 周三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s.c,b.c等程序为此次调试结果。 周四主要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报告。 6.2自我评析和 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。
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