操作系统课程设计-哲学家进餐问题

潍坊学院计算机工程学院课程设计说明书课程名称：____操作系统课程设计_________________设计项目：____哲学家就餐问题____________________学生姓名：_____XXXXXX _________________________学号：____ ___________________专业：______计算机科学与技术________________班级：______一班___________________________指导教师：_______ ____________________________2016年__3___月一、任务与具体要求哲学家有N个，规定全体到齐后开始讨论，在讨论的间隙哲学家进餐，每人进餐时都需使用刀、叉合一把，所有哲学家刀和叉都拿到后才能进餐。

哲学家的人数、餐桌上的布置自行设定，实现刀和叉的互斥使用算法的程序实现。

二、设计说明书包括的内容1.需求分析2.系统概要设计3.系统详细设计4.系统的主要源代码5.系统测试及调试6.总结7.主要参考文献三、应完成的图纸四、评语及成绩指导教师（签字）_____________________年____月____日目录一、需求分析 __________________________________________________________ 1二、系统概要设计 ______________________________________________________ 2三、系统详细设计 ______________________________________________________ 3四、系统的主要源代码 __________________________________________________ 4五、系统测试及调试 ____________________________________________________ 9六、总结 _____________________________________________________________ 13七、主要参考文献 _____________________________________________________ 13一、需求分析有一个故事是这样的：假设有五位哲学家围坐在一张圆形餐桌旁，做以下两件事情之一：吃饭，或者思考。

吃东西的时候，他们就停止思考，思考的时候也停止吃东西。

餐桌中间有一大碗意大利面，每两个哲学家之间有一只餐叉。

因为用一只餐叉很难吃到意大利面，所以假设哲学家必须用两只餐叉吃东西。

他们只能使用自己左右手边的那两只餐叉。

上边的故事里有五个哲学家(不过我们写的程序可以有N个哲学家)，这些哲学家们只思考或吃饭，他们思考的时候不需要任何共享资源，但是吃饭的时候就必须使用餐具，而餐桌上的餐具是有限的，故事里，餐具是叉子，吃饭的时候要用两把叉子把面条从碗里捞出来。

很显然把叉子换成筷子会更合理，因为一个哲学家需要两根筷子才能吃饭。

现在引入问题：有六个哲学家很穷，只买得起六根筷子。

他们坐成一圈，两个人的中间放一根筷子。

哲学家吃饭的时候必须同时得到左手边和右手边的筷子。

如果他身边的任何一位正在使用筷子，那他只有等着。

如下图：1A以上就为我们要处理的哲学家就餐问题，接下来将编写程序模拟解决这个问题。

二、系统概要设计2.1设计一个程序，能够显示当前各哲学家的状态和桌上餐具的使用情况，并能无死锁的推算出一状态各哲学家的状态和桌上餐具的使用情况。

即设计一个能安排哲学家正常生活的程序。

为哲学家设计3种状态，即“等待”“进餐”“思考”。

每个哲学家重复进行“等待”->“进餐”->“思考”的行动循环。

其中：“等待”->“进餐”：只有一个哲学家处于等待进餐状态，且左右手两边的餐具都处于“空闲”状态时，可以发生这种状态改变。

此状态改变发生后，哲学家拿起左右手两边的餐具。

“进餐”->“思考”：此状态改变发生后，哲学家放下左右手上的餐具。

餐具状态由“使用中”转变为“空闲”。

“思考”->“等待”：哲学家思考结束后，无条件转入等待状态。

由上所述，程序中应设置6个元素的信号量数组用来保持哲学家之间的同步。

2.2系统平台、语言及工具（1）操作系统：Windows（2）程序设计语言：C++（3）工具：VC++6.02.3不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。

每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区（Critical Section）。

每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区（Critical Section）（临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源）。

每次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进入。

不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。

三、系统详细设计否是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：哲学家的编号。

Status 对象：用于保存当前该哲学家的状态，0表示正在等待（即处于饥饿状态）1表示得到筷子正在吃饭，2表示正在思考Philosopher(int num)方法：哲学家类构造函数，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：返回哲学家当前状态Change()方法：根据题目要求改变哲学家的状态（等待->进餐->思考->等待…………）另外，程序中包含一个公有对象，bool类型数组tools[6]，用来保存6根筷子当前状态：true表示该筷子当前空闲，false表示该筷子当前正被使用。

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的状态，toolstatus用来返回一根筷子的状态。

四、系统的主要源代码#include <windows.h>#include <time.h>#include <string>#include <iostream>#include <assert.h>using namespace std; //控制活动线程数目的信号量（保护线程共享资源）bool tools[6]; //全局变量，用餐工具CRITICAL_SECTION cs; //信号量, 在线程中使用，临界区class Philosopher{private:int number;int status; /*标记当前哲学家的状态,0表示正在等待(即处于饥饿状态),1表示得到两支筷子正在吃饭,2表示正在思考*/public:Philosopher(int num=0): status(2), number(num) { }int find() const { return number; }int getinfo() const { return status; }void Change() ; //状态改变函数};void Philosopher::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; //改变状态为思考}else if(status==2) //思考中{status=0; //改变状态为等待}else if(status==0) //等待中{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) ;}string print(Philosopher *pA){//pA->Change();int i=pA->getinfo();string str;if(i==0)str="等待";else if(i==1)str="就餐";else str="思考";return str;}string toolstatus(bool a){string state;if(a==true)state="闲";if(a==false)state="用";return state;}int main(){char con = 'y'; //判断是否继续for(int i=0;i<6;i++)tools[i]=true; //3组筷子都未使用，初始化Philosopher P1(1),P2(2),P3(3),P4(4),P5(5),P6(6);InitializeCriticalSection (&cs) ; //初始化初始化临界区cout<<"哲学家们开始生活："<<endl; cout<<endl;cout<<endl;while(con=='y'){P1.Change();P2.Change();P3.Change();P4.Change();P5.Change();P6.Change();cout<<"当前状态为："<<endl;cout<<""<<P1.find()<<print(&P1)<<""<<endl;cout<<P6.find()<<print(&P6)<<""<<toolstatus(tools[0])<<""<<toolstatus(tools[1])<<""<<P2.find()<<print(&P2)<<endl;cout<<" "<<toolstatus(tools[5])<<""<<toolstatus(tools[2])<<endl;cout<<P5.find()<<print(&P5)<<""<<toolstatus(tools[4])<<""<<toolstatus(tools[3])<<""<<P3.find()<<print(&P3)<<endl;cout<<""<<P4.find()<<print(&P4)<<""<<endl;cout<<"--------------------------"<<endl;cout<<"若要继续下一状态，输入y；输入其他，结束程序：";cin>>con;Sleep(20);}DeleteCriticalSection (&cs) ; //退出资源区return 0;}五、系统测试及调试初始状态状态一状态二状态三状态四状态五退出六、总结通过这次课程设计，我学到了许多课本上学不到的知识，注意到了许多课本上没有提到的东西，而且使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。