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1、课程设计报告课程名称：课程名称： 操作系统课程设计设计题目设计题目：进程同步 P、V 操作模拟和尚喝水学学 院：院： 管理工程学院 专专 业：业： 信息管理与信息系统 组组 别：别： 第 组 学生姓名学生姓名: : 孟衡 学学 号号: 1141807103 指导教师指导教师: 张正伟 2目录1 需求分析.21.1 需求概述.21.2 需求设计.32 功能设计.32.1 实现方案42.2 模块说明.52.3 操作的流程图63 开发环境及源程序的主要部分.73.1 开发环境.83.2 源程序.94 测试用例，测试过程及情况分析.104.1 测试用例.134.2 测试过程及情况分析.145 心得体会
2、.153进程 P、V 操作模拟设计和尚喝水1 需求分析需求分析1.11.1 需求概述需求概述一个寺庙里有小老和尚若干，有一口水井由小和尚挑水入缸给老和尚饮用。水缸可以装 10 桶水，水取自同一口井，水井口较窄，每次只可容纳一只桶取水，寺庙里一共有 3 只水桶，每次倒入取用缸中水的量均为 1 桶，且二者不可同时进行。用 P，V 操作实现老和尚、小和尚、取水、用水喝水的同步进程控制，水缸水量用 semaphore 表示，水桶用 pail 表示，水缸容量用 empty 表示。1.21.2 需求设计需求设计以上问题是进程同步的模拟，可以把井中取水、倒水入缸、用水喝水的过程可以看作是一个个进程的操作，这
3、些进程是互斥的，同时也存在一定的同步关系。通过实际编程时来看，就是随机调用其中一个进程的操作，而这些进程的操作相当于程序中的函数调用。而计算机在执行的每一个时刻只能执行一个操作，这就默认了互斥。还有同步模拟是实现函数调用的前提关系，即先决条件。所以这样进程同步模拟就完全能够通过函数的调用来实现。具体每一个操作对应的函数变量关系：水井取水：semaphore小和尚准备取水：mutex1=1水缸喝水：empty老和尚用桶喝水 mutex2=1水缸初始量：full=0（最大值 10）4水桶数量：pail=32 2 功能设计功能设计2.12.1 实现方案实现方案(1)用一个变量 full 表示没水，初
4、始值为 0，当取水时 full 加 1，用水时 full减 1。变量 full=10 是最大值，当值为 10 时表示水缸已经满，此时若进行装水操作，则将处于等待状态；为 0 时表示水缸无水，此时若进行用水喝水操作，则操作将处于等待状态。(2)变量 mutex1 和 mutex2 分别表示小和尚取水和老和尚喝水，初始都为1，semaphore= mutex1+ mutex2。(3)用 6 个 bool 型的变量 full_lag，semaphore_lag，mutex1_lag，mutex2_lag empty_lag，psil_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
5、。(4)若取水、喝水的进程同时处于等待状态时，用水的操作将自动执行等待取水的操作，执行按等待的先后顺序；若水缸满了、桶全用去喝水了的进程同时候处于等待状态时，取水的操作将自动执行等待喝水的操作，按等待的先后顺序进行。(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。2.22.2 模块说明模块说明2.2.1 main 函数函数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，调用时程序自动输入，本程序共产生了 10 次随机的调用进程。2.2.2 6 个进程函数个进程函数水井取水：semaphore5小和尚准备取水：mutex1=1水缸喝水：empty老和
6、尚用桶喝水 mutex2=1水缸初始量：full=0（最大值 10）水桶数量：pail=3 2.2.3 Print 函数函数用于输出取水用水的情况和有哪些进程处于等待状态。2.32.3 操作的流程图操作的流程图231 取水操作取水操作小和尚水井取水进程的操作流程图：semaphore：pail=0否否Empty_lay 和 pail_lay 是否 为 ture是按等待先后顺序调用执行 mutex1_lay 或 mutex2_lay是mutex1 进程处于等待状态mutex1 调用：pail-1 full+1,Print()函数调用执行完毕并返回6232 用水操作用水操作老和尚用水喝水操作流程图
7、：empty 操作：full=0否否Semaphore_lay 和 pail_lay 是否为 ture是按等待先后顺序调用执行 mutex1_lay 或 mutex2_lay是mutex2 进程处于等待状态mutex2 调用：full-1 empty+1,Print()函数调用执行完毕并返回3 3 开发环境及开发环境及 p p、v v 操作语句的主要部分操作语句的主要部分3.13.1 开发环境开发环境（1）使用系统：Windows 7（2）使用语言：C + +（3）开发工具：VC 6.073.23.2 进程进程 p p、v v 操作原语操作原语Main() cobegin get(); use
8、(); coend Get() /小和尚取水while (true) p(empty) p(count) P(mutex1) 从井中取水； v(mutex1) ；P(mutex2) ；将水倒入缸中；v (mutex2) ；v (full) ； v (pail) ； Use() /老和尚 while(true) p (full) p(count) P(mutex2) 从缸中取水；v (mutex2)；v(empty)； 喝水；v (count) ； 3.2.1C + + 源代码源代码为了便捷地编写程序，特地把水缸水量 semaphore、小和尚准备取水mutex1、从水井中取水 mutex2、水
9、缸容量 empty、水缸无水：full、水桶数量pail 简记为 sem1、sem2、sem3、sem4、sem5、sem6。并规定：假设有 5 个小和尚同时提水入缸，5 个老和尚同时取水喝（每隔一定时间取水一次） 。8#include“windows.h“ #include using namespace std;HANDLE sjing=CreateSemaphore(NULL,1,1,“sem1“);/水井的信号量 HANDLE stong=CreateSemaphore(NULL,2,2,“sem2“);/小和尚用水桶的信号量 HANDLE stong1=CreateSemaphore
10、(NULL,1,1,“sem3“);/老和尚用水桶的信号量 HANDLE sgang=CreateSemaphore(NULL,1,1,“sem4“);/水缸的信号量 HANDLE full=CreateSemaphore(NULL,0,10,“sem5“);/缸中可取水的桶数 HANDLE empty=CreateSemaphore(NULL,10,10,“sem6“);/缸中可容纳的水桶数int count=0; CRITICAL_SECTION cs;DWORD WINAPI youngFunc(LPVOID pArg) int i=(int)pArg; while(1) WaitFor
11、SingleObject(stong,INFINITE);/小和尚先取得水桶 printf(“%d 号小和尚拿到了桶n“,i); WaitForSingleObject(sjing,INFINITE);/小和尚先取得水井 printf(“%d 号小和尚打上了水n“,i); ReleaseSemaphore(sjing,1,NULL);/小和尚释放水井Sleep(1000); WaitForSingleObject(empty,INFINITE);/判断水缸是否已满 WaitForSingleObject(sgang,INFINITE);/取得水缸的使用 printf(“tt%d 号小和尚向缸中
12、倒水n“,i);EnterCriticalSection( count+; printf(“tt 缸中有%d 桶n“,count);LeaveCriticalSection( ReleaseSemaphore(sgang,1,NULL);/释放水缸 ReleaseSemaphore(stong,1,NULL);/释放水桶 printf(“%d 号小和尚放下了桶n“,i); ReleaseSemaphore(full,1,NULL);/水缸中可使用水数量加 1 return NULL; 9DWORD WINAPI oldFunc(LPVOID pArg) int i=(int)pArg; whi
13、le(1) Sleep(4000); WaitForSingleObject(full,INFINITE);/判断水缸是否有水 WaitForSingleObject(stong1,INFINITE);/取得水桶 printf(“ttttt%d 号老和尚拿到了桶n“,i); WaitForSingleObject(sgang,INFINITE);/取得水缸的使用 printf(“ttttt%d 号老和尚喝到了水n“,i);EnterCriticalSection( count-; printf(“tt 缸中有%d 桶n“,count);LeaveCriticalSection( Release
14、Semaphore(sgang,1,NULL);/释放水缸 ReleaseSemaphore(stong1,1,NULL);/释放水桶 printf(“ttttttt%d 号老和尚放下了桶n“,i); ReleaseSemaphore(empty,1,NULL);/水缸中可放水数量加 1 return NULL; int main() HANDLE young5; HANDLE old5; InitializeCriticalSection(for(int i=0;i5;i+) youngi=CreateThread(NULL,0,youngFunc,LPVOID(i),NULL,NULL);
15、 oldi=CreateThread(NULL,0,oldFunc,LPVOID(i),NULL,NULL); HANDLE p2; p0=young; p1=old; WaitForMultipleObjects(5,p,TRUE,INFINITE); getchar();return 0; 10备注：备注：需求分析中给了三个木桶，如果对木桶不进行区分的话，则容易产生 死锁。当小和尚占用了三个水桶，并且水缸中的水已满，这时候老和尚等待水 桶取水，如果没了水桶，老和尚只能等待。小和尚占着水桶，老和尚等待着喝 水，但是老和尚没有水桶没法喝，小和尚也只能一直等待。所以产生了死锁， 所以才将水桶分开解决死锁。4 4 测试用例，测试过程及情况分析测试用例，测试过程及情况分析4.14.1 测试用例测试用例由于程序模拟产生 10 次进程的操作，只需执行相应的函数来自动模拟进 程同步就能得测试结果，所以运行程序并做好记录即可。4.24.2 测试测试过程及情况分析过程及情况分析代码连编展示如下：在 win7 操作系统下利用 vb 60 编译软件实现从源代码到可执行文件的过程。1112第一次运行结果如图 1 为( (图图 1)1)13第二次运行结果如图 2、3 为
