操作系统专业课程设计哲学家进餐问题.docx
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操作系统专业课程设计哲学家进餐问题
1．设计题目和要求
1.1试验目标和设计要求
试验目标：
经过实现哲学家进餐问题同时深入了解和掌握进程同时和互斥原理。
设计要求：
哲学家有N个,也定全体到齐后开始讨论:
在讨论间隙哲学家进餐,每人进餐时全部需使用刀、叉各一把，全部哲学家刀和叉全部拿到后才能进餐。
哲学家人数、餐桌上部署自行设定，实现刀和叉互斥使用算法程序实现。
1.2初始条件
（1）操作系统：
windows
（2）程序设计语言：
C++
（3）设定圆桌上有六个哲学家，三对刀叉，以下图摆放：
图1-1哲学家进餐问题设定图
2总体设计思想及相关知识
2.1总体设计思想
哲学家生活就是思索和吃饭，即思索，饿了就餐，再思索，循环往复。
要求是：
每一个哲学家只有在拿到在她左右刀叉后，才能够就餐；哲学家只能先拿一把刀或叉，再去拿另一把刀或叉，而不能同时去抓她旁边两把餐具，也不能从其它哲学家手中抢夺餐具；哲学家每次就餐后必需放下她手中两把餐具后恢复思索，不能强抓住餐具不放。
设计一个程序，能够显示目前各哲学家状态和桌上餐具使用情况，并能无死锁推算出下一状态各哲学家状态和桌上餐具使用情况。
即设计一个能安排哲学家正常生活程序。
为哲学家设计3种状态，即“等候”“进餐”“思索”。
每个哲学家反复进行“等候”->“进餐”->“思索”行动循环。
其中：
“等候”->“进餐”：
只有一个哲学家处于等候进餐状态，且左右手两边餐具全部处于“空闲”状态时，能够发生这种状态改变。
此状态改变发生后，哲学家拿起左右手两边餐具。
“进餐”->“思索”：
此状态改变发生后，哲学家放下左右手上餐具。
餐具状态由“使用中”转变为“空闲”。
“思索”->“等候”：
哲学家思索结束后，无条件转入等候状态。
由上所述，程序中应设置6个元素信号量数组，tools[6]，用来保持哲学家之间同时。
2.2临界区互斥编程原理
不管是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必需互斥地对它进行访问。
每个进程中访问临界资源那段代码称为临界区（CriticalSection）。
每个进程中访问临界资源那段程序称为临界区（CriticalSection）（临界资源是一次仅许可一个进程使用共享资源）。
每次只准许一个进程进入临界区，进入后不许可其它进程进入。
不管是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必需互斥地对它进行访问。
本程序关键使用了EnterCriticalSection（&cs）和LeaveCriticalSection（&cs）两个函数实现临界区互斥。
EnterCriticalSection（&cs）用来进入临界区，LeaveCriticalSection（&cs）用来离开临界区。
2.3开发环境和工具
系统平台：
WINDOW环境
实现语言：
C++
开发工具：
VC++6.0
3数据结构和模块说明
3.1数据结构
Philosopher
-number:
int
-status:
int
+Philosopher（innum:
int）
+find（）const:
int
+getinfo（）const:
int
+Change（）:
void
图3-1哲学家类UML图
程序中定义一个哲学家类，包含两个私有对象和四个公有对象。
Number对象：
报讯哲学家编号。
Status对象：
用于保留目前该哲学家状态，0表示正在等候（即处于饥饿状态）1表示得到餐具正在吃饭，2表示正在思索
Philosopher（intnum）方法：
哲学家类结构函数，参数num表示哲学家编号
find（）const方法：
返回该哲学家编号
getinfo（）const方法：
返回哲学家目前状态
Change（）方法：
依据题目要求改变哲学家状态（等候->进餐->思索->等候…………）
另外，程序中包含一个公有对象，bool类型数组tools[6]，用来保留6把餐目前状态：
true表示该餐具目前空闲，false表示该餐具目前正被使用。
程序中还包含两个公有函数：
print和toolstatus。
Print用来返回一个哲学家状态，toolstatus用来返回一个餐具状态。
3.2程序各模块步骤图
3.2.1主程序模块
图3-2主程序模块步骤图
3.2.2状态改变模块
图3-3状态改变模块Change（）步骤图
3.2.3返回哲学家状态模块
图3-4返回哲学家状态模块print（）步骤图
3.2.4返回餐具状态模块
图3-5返回餐具状态模块toolstatus（boola）步骤图
4.源程序代码
//试验目标：
经过实现哲学家进餐问题同时深入了解和掌握进程同时和互斥原理。
//设计要求：
哲学家有N个，也定全体抵达后开始讨论：
在讨论间隙哲学家进餐，
//每人进餐时全部需使用刀、叉各一把，全部哲学家刀和叉全部拿到后才能进餐。
哲学家人数、
//餐桌上部署自行设定，实现刀和叉互斥使用算法程序实现。
#include
#include
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
booltools[6];//全局变量，用餐工具
CRITICAL_SECTIONcs;//信号量,在线程中使用，临界区
classPhilosopher
{
private:
intnumber;
intstatus;/*标识目前哲学家状态,0表示正在等候（即处于饥饿状态）,1表示得到两支筷子正在吃饭,2表示正在思索*/
public:
Philosopher（intnum=0）:
status
（2）,number（num）{}
intfind（）const{returnnumber;}
intgetinfo（）const{returnstatus;}
voidChange（）;//状态改变函数
};
voidPhilosopher:
:
Change（）
{
EnterCriticalSection（&cs）;//进入临界区
if（status==1）//正在进餐
{
tools[number%6]=true;//放下左手工具
tools[（number-1）%6]=true;//放下右手工具
status=2;//改变状态为思索
}
elseif（status==2）//思索中
{
status=0;//改变状态为等候
}
elseif（status==0）//等候中
{
if（tools[number%6]&&tools[（number-1）%6]）//左右手两边工具均为空闲状态
{
tools[number%6]=false;//拿起左手工具
tools[（number-1）%6]=false;//拿起右手工具
status=1;
}
}
LeaveCriticalSection（&cs）;
}
stringprint（Philosopher*pA）
{
//pA->Change（）;
inti=pA->getinfo（）;
stringstr;
if（i==0）
str="等候";
elseif（i==1）
str="就餐";
elsestr="思索";
returnstr;
}
stringtoolstatus（boola）
{
stringstate;
if（a==true）
state="闲";
if（a==false）
state="用";
returnstate;
}
intmain（）
{
charcon='y';//判定是否继续
for（inti=0;i<6;i++）
tools[i]=true;//3组刀叉全部未使用，初始化
PhilosopherP1
（1）,P2
（2）,P3（3）,P4（4）,P5（5）,P6（6）;
InitializeCriticalSection（&cs）;//初始化初始化临界区
cout<<"-----------------------状态说明示意图：
-----------------------"<cout<<""<<"哲学家0号状态"<<""<cout<<"哲学家5号状态"<<""<<"叉3状态"<<""<<"刀1状态"<<""<<"哲学家1号状态"<cout<<""<<"刀3状态"<<""<<"叉1状态"<cout<<"哲学家4号状态"<<""<<"叉2状态"<<""<<"刀2状态"<<""<<"哲学家2号状态"<cout<<""<<"哲学家3号状态"<<""<cout<<"餐具状态，“用”表示使用中，“闲”表示空闲中。
"<cout<<"--------------------------"<cout<<"哲学家们开始生活：
"<cout<cout<while（con=='y'）
{
P1.Change（）;
P2.Change（）;
P3.Change（）;
P4.Change（）;
P5.Change（）;
P6.Change（）;
cout<<"目前状态为：
"<cout<<""<cout<cout<<""<cout<cout<<""<cout<<"--------------------------"<cout<<"若要继续下一状态，输入y；输入其它，结束程序：
";
cin>>con;
Sleep（20）;
}
DeleteCriticalSection（&cs）;//退出资源区
return0;
}
5.测试及结果
图5-1程序运行开始界面
图5-2哲学家状态1
图5-3哲学家状态2
图5-4哲学家状态3
图5-5哲学家状态4
图5-6退出程序
6.课设总结
经过了前后共2周时间，我完成了这次课程设计。
经过这次课程设计，我学到了很多书本上学不到知识，注意到了很多书本上没有提到东西。
而且，经过这次设计，我得到了一个很好理论联络实际机会，锻炼了经过理论处理实际问题能力。
正所谓“实践出真知”，有些代码看上去没什么问题，不过实际运行起来就是不出正确结果。
代码内部可能存在逻辑或语法等方面我们平时不会注意到小问题，经过这次课程设计，我积累了不少这么小问题处理方法。
设计中总会碰到这么那样问题，碰到问题势必需自己分析问题，经过多种渠道处理问题，比如利用互联网。
这次课程设计也加强了我上网查数检索问题能力。
有些时候，学习到知识是次要，关键是学习知识方法。
参考文件
[1]宗大华，宗涛，陈吉人著.操作系统.北京：
人民邮电出版社，
[2]李爱华，程磊著.面相对象程序设计（C++语言）.北京:
清华大学出版社，
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