1、沈阳理工大学课程设计专用纸1目 录1 题目内容及要求 21.1 题目名称 .21.2 题目描述 .21.3 解题思路 .21.4 程序清单 .61.5 提交结果框图 .162 总结 203 参考文献 20沈阳理工大学课程设计专用纸21 题目内容及要求1.1 题目名称进程同步模拟设计:吃水果问题1.2 题目描述桌子上有一只盘子，最多可容纳两个水果，每次只能放入或者取出一个水果。爸爸专门向盘子中放苹果，妈妈专门向盘子中放橘子，两个儿子专门等待吃盘子中的橘子，两个女儿专门等吃盘子中的苹果。1.3 解题思路将问题转换为信号量上的资源分配类型问题:这是进程同步问题的模拟，可以把向盘子放或取水果的每一个过
2、程可以转为一个进程的操作，这些进程是互斥的，同时也存在一定的同步关系。通过编程实践时，实际是随机的调用人一个进程的操作，而这些进程的操作相当于程序中的函数调用。而计算机在执行时每一个时刻只能执行一个操作，这就默认了互斥。同步的模拟可以类似于函数调用时的前提关系即先决条件。这样进程同步模拟就完全可以通过函数的调用来实现。具体的每一个操作的对应的函数的关系：爸爸向盘子中放一个苹果：Father()妈妈向盘子中放一个橘子：Mother()儿子 1 从盘子取一个橘子：Son1()儿子 2 从盘子取一个橘子：Son2()女儿 1 从盘子取一个苹果：Daugther1()儿子 1 从盘子取一个苹果：Dau
3、gther2()沈阳理工大学课程设计专用纸3具体实现方案:(1)用一个整型变量 Plate_Size 表示盘子，初始值为 0，当放水果时Plate_Size 加 1，取水果时 Plate_Size 减 1。变量 Plate_Size 的最大值为2，当为 2 时表示盘子已经满，此时若进行放水果操作，放水果将处于等待状态；为 0 时表示盘子为空，此时若进行取水果操作，取水果操作将处于等待状态。(2)整型变量 orange 和 apple 分别表示盘子中的橘子和苹果数目，初始都为 0，Plate_Size=apple+orange。(3)用 6 个 bool 型的变量 Father_lag，Moth
4、er_lag，Son1_lag，Son2_lag，Daughter1_lag，Daughter2_lag 表示六个进程是否处于等待状态。处于等待时，变量值为 true。(4)两个放水果进程进程同时处于等待状态时，若有取水果的操作将自动执行等待的放水果进程，执行按等待的先后顺序；两个取苹果或橘子进程同时候处于等待状态，若有放苹果或橘子的操作将自动执行等待的取进程，进行按等待的先后顺序。(5)用一个随机的函数产生 05 的 6 个整数，分别对应六个进程的调用。沈阳理工大学课程设计专用纸4放水果操作流程图设计(以 Father 为例,Mother 类似):否Father 操作：Plate_Size=
5、2否Daugther1 或 Daugher2 处于等待状态是按等待先后顺序调用Daugther1 或 Daughter2 操作是Father 进程处于等待状态Father 进程调用：apple+1Plate_Size+1,Print()函数调用返回图 1 Father 放水果操作流程图沈阳理工大学课程设计专用纸5取水果操作流程图设计(以 Son 为例,Daughter 类似):Son 操作：orange=0否否Father 或 Mother 处于等待状态是按等待先后顺序调用Father 或 Mother 操作是Son 进程处于等待状态Son 进程调用： orange-1Plate_Size-1
6、,Print()函数调 用返回图 2 Son 取水果(橘子)操作流程图沈阳理工大学课程设计专用纸61.4 程序清单#include #include #include #include int apple=0;int orange=0;bool Father_lag;bool Mother_lag;bool Son1_lag;bool Son2_lag;int son_a;int Daughter_b;bool Daughter1_lag;bool Daughter2_lag;void Print()cout“ 现在盘子里有“apple“个苹果,“orange“个橘子,“共有“apple+or
7、ange“ 个水果.“endl;if(Father_lag=true)cout“ Father 进程处于等待状态,“endl;if(Mother_lag=true)cout“ Mother 进程处于等待状态,“endl;if(Son1_lag=true)cout“ Son1 进程处于等待状态,“endl;if(Son2_lag=true) cout“ Son2 进程处于等待状态, “endl;if(Daughter1_lag=true)cout“ Daughter1 进程处于等待状态,“endl;if(Daughter2_lag=true)cout“ Daughter2 进程处于等待状态,“e
8、ndl;if(Father_lag=false)void Father() /Father 进程apple+;Print();void Mother() /Mother 进程orange+;沈阳理工大学课程设计专用纸7Print();void Son1() /Son1 进程orange-;Print();void Son2() /Son2 进程orange-;Print();void Daughter1() /Daughter1 进程apple-;Print();void Daughter2() /Daughter2 进程apple-;Print();void main()int i;int
9、Plate_Size;/水果数量int MonFa_c;/用于爸爸妈妈等待次序的区别int Son_a;/用于两个儿子等待次序的区别int daughter_b;/用于两个女儿等待次序的区别int k;/产生进程调用的数量srand(unsigned)time(NULL);/srand()函数产生一个以当前时间开始的随机种子 for(k=0;k10;k+) coutendl;cout“*“第“k+1“ 次操作“*“endl;i=rand()%6; /随进生成 1-5.Plate_Size=apple+orange;switch(i)case 0:cout“ Father 调用.“endl;沈阳
10、理工大学课程设计专用纸8if(Plate_Size=2)Father_lag=true;/Father()等待Print();if(Mother_lag=false)MonFa_c=1;elseFather();if(Daughter1_lag=true)/Daughter1 等待取消cout“ 处于等待的 Daughter1 自动被调用“endl;Daughter1(); /处于等待的 Daughter1 自动调用Daughter_b=2;else Daughter2_lag=false;/Daughter2 等待取消cout“ 处于等待的 Daughter2 自动被调用“endl;Daug
11、hter2(); /处于等待的 Daughter2()自动调用Daughter_b=1;elseif(Daughter1_lag=true)Daughter1_lag=false;/Daughter1 等待取消cout“ 处于等待的 Daughter1 自动被调用“endl;Daughter1(); /处于等待的 Daughter1()自动调用Daughter_b=0;else if(Daughter2_lag=true)Daughter2_lag=false;/Daughter2 等待取消cout“ 处于等待的 Daughter1 自动被调用“endl;沈阳理工大学课程设计专用纸9Daugh
12、ter2(); /处于等待的 Daughter2()自动调用Daughter_b=0;break;case 1:cout“ Mother 调用.“endl;if(Plate_Size=2)Mother_lag=true; /等待Print();if(Father_lag=false)MonFa_c=2;elseMother();if(Son1_lag=true)/Son1 等待取消cout“ 处于等待的 Son1 自动被调用“endl;Son1(); /处于等待的 Son1()自动调用Son_a=2;else Son2_lag=false;/Son2 等待取消cout“ 处于等待的 Son2
13、自动被调用“endl;Son2(); /处于等待的 Son2()自动调用Son_a=1;else if(Son1_lag=true)Son1_lag=false; /Son1 等待取消cout“ 处于等待的 Son1 自动被调用“endl;沈阳理工大学课程设计专用纸10Son1(); /处于等待的 Son1()自动调用Son_a=0;else if(Son2_lag=true)Son2_lag=false; /Son2 等待取消cout“ 处于等待的 Son2 自动被调用“endl;Son2(); /处于等待的 Son2()自动调用Son_a=0;break;case 2: cout“ Son
14、1 调用.“endl;if(orange=0)Son1_lag=true; /Son1 处于等待Print();if(Son2_lag=false)Son_a=1; /用于判断 Son1 和 Son2 等待的先后性elseSon1();if(Father_lag=true)cout“ 处于等待的 Father 自动被调用“endl;Father();MonFa_c=2;else /Father 和 Mother 同时处于等待，但 Mother 先等待，因此先调用Mother_lag=false;cout“ 处于等待的 Mother 自动被调用“endl;Mother();沈阳理工大学课程设计专
15、用纸11MonFa_c=1;elseif(Father_lag=true) /只有 Father 处于等待，调用Father_lag=false;cout“ 处于等待的 Father 自动被调用“endl;Father();MonFa_c=0;else if(Mother_lag=true)/只有 Mother 处于等待，调用Mother_lag=false;cout“ 处于等待的 Mother 自动被调用“endl;Mother();MonFa_c=0;break;case 3:cout“ Son2 调用.“endl;if(orange=0)Son2_lag=true; /Son2 处于等待
16、Print();if(Son1_lag=false)Son_a=2;elseSon2();if(Father_lag=true)cout“ 处于等待的 Father 自动被调用“endl;沈阳理工大学课程设计专用纸12Father();MonFa_c=2;else /Father 和 Mother 同时处于等待，但 Mother 先等待，因此先调用Mother_lag=false;cout“ 处于等待的 Mother 自动被调用“endl;Mother();MonFa_c=1;elseif(Father_lag=true) /只有 Father 处于等待，调用Father_lag=false;
17、cout“ 处于等待的 Father 自动被调用“endl;Father();MonFa_c=0;else if(Mother_lag=true) /只有 Mother 处于等待，调用Mother_lag=false;cout“ 处于等待的 Mother 自动被调用“endl;Mother();MonFa_c=0;break;case 4:cout“ Daughter1 调用.“endl;if(apple=0)Daughter1_lag=true; /Daughter1 等待Print();if(Daughter2_lag=false)Daughter_b=1;else沈阳理工大学课程设计专用
18、纸13Daughter1(); if(Father_lag=true)cout“ 处于等待的 Father 自动被调用“endl;Father();MonFa_c=2;else /Father 和 Mother 同时处于等待，但 Mother 先等待，因此先调用Mother_lag=false;cout“ 处于等待的 Mother 自动被调用“endl;Mother();MonFa_c=1;elseif(Father_lag=true) /只有 Father 处于等待，调用Father_lag=false;cout“ 处于等待的 Father 自动被调用“endl;Father();MonFa
19、_c=0;else if(Mother_lag=true) /只有 Mother 处于等待，调用Mother_lag=false;cout“ 处于等待的 Mother 自动被调用“endl;Mother();MonFa_c=0;break;case 5:沈阳理工大学课程设计专用纸14cout“ Daughter2 调用.“endl;if(apple=0)Daughter2_lag=true; /Daughter2 等待Print();if(Daughter1_lag=false)Daughter_b=2;elseDaughter2();if(Father_lag=true)cout“ 处于等待
20、的 Father 自动被调用“endl;Father();MonFa_c=2;else /Father 和 Mother 同时处于等待，但 Mother 先等待，因此先调用 Mother_lag=false;cout“ 处于等待的 Mother 自动被调用“endl;Mother();MonFa_c=1;else if(Father_lag=true) /只有 Father 处于等待，调用 Father_lag=false;cout“ 处于等待的 Father 自动被调用“endl;Father();MonFa_c=0;else if(Mother_lag=true) /只有 Mother 处
21、于等待，调用 Mother_lag=false;cout“ 处于等待的 Mother 自动被调用“endl;沈阳理工大学课程设计专用纸15Mother();MonFa_c=0;break;沈阳理工大学课程设计专用纸161.5 提交结果框图由于程序是模拟产生 10 次随机的操作，执行相应的函数来模拟进程同步。可以将程序运行两次将会得到不同的结果。第一次产生结果如下:图 3 第一次随机操作结果沈阳理工大学课程设计专用纸17图 4 第一次随机操作结果沈阳理工大学课程设计专用纸18图 5 第二次随机操作结果沈阳理工大学课程设计专用纸19图 6 第二次随机操作结果沈阳理工大学课程设计专用纸202 总结此
22、次试验是完全在自己独立完成的，首先在分析问题并把问题转化为编程问题，我觉得个人把握的很好，对进程同步模拟理解的比较透彻；其次我用了个随机函数来调用相应的进程函数，这对进程间的同步和等待状态有很好的说明，和十分的全面；再次我设了六个 bool 型的变量来表示各进程时候处于等待状态，还设置了相应的整型变量来解决等待进程在适当的条件下自动调用的先后问题。这些我个人认为我设计的比较出色。这次自己的收获还是不小，首先使我提高了分析问题，并根据需求转化成相应的程序结构的能力；其次也丰富了自己编写程序，调试程序的经验，这使得我编程时可能出现的错误的认识，并如何去避免产生了新的认识。对于此题我觉得除了可以用随机函数来产生随机数来调用相应的进程函数，也可以用人输入的方式来选择调用相应的进程函数，这样可以会麻烦些，不过对进程同步的模拟可能会更加透彻。总的来说这次试验比较成功，加深我了进程的理解，同时也提高了自己的编程的能力。编程是个长久的过程，平时要多去动手实践，去提高自己分析问题、发现问题、解决问题的能力。3 参考文献1 宗大华主编 操作系统 人民邮电出版社2 孟庆昌主编 操作系统原理 中央广播电视大学出版社3 贾德博尔著 操作系统 清华大学出版社4 邹恒明 计算机的心智操作系统之哲学原理 上海交大出版社
