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1、目录1设计题目与要求 21.1 实验目的21.2 设计要求21.3 初始条件22 总体设计思想及相关知识 32.1 总体设计思想32.2 临界区互斥编程原理32.3 开发环境与工具43 数据结构与模块说明 43.1 数据结构43.2.1 主程序模块53.2.2 状态改变模块53.2.3 返回哲学家状态模块63.2.4 返回餐具状态模块74. 源程序代码 85. 测试及结果 136. 课设总结 157. 参考文献 161设计题目与要求1.1 实验目的通过实现哲学家进餐问题的互步，深入了解和掌握进程互斥的原理。1.2 设计要求哲学家有N个，也定全体到达后开始讨论：在讨论的间隙哲学家进餐，每人进餐
2、时都需使用刀、叉各一把，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。1.3 初始条件1）操作系统： windows2）程序设计语言： C+3）设定圆桌上有六个哲学家，三对刀叉，如下图摆放图 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的生活就是思考和吃饭，即思考，饿了就餐，再思考，循环往复。要 求是：每一个哲学家只有在拿到位于他左右的刀叉后，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，而不能同时去抓他旁边的两把餐具，也 不能从其他哲学家手中抢夺餐具；哲学家每次就餐后必须放下他手中
3、的两把餐具 后恢复思考，不能强抓住餐具不放。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 无死锁的推算出下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
4、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，tools6,用来保持哲学 家之间的同步。2.2 临界区互斥编程原理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。本程序主要使用了 Enter
5、CriticalSection (&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 开发环境与工具系统平台：WINDOW环境实现语言： C+开发工具： VC+6.03数据结构与模块说明3.1 数据结构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 表示得到餐具正在吃饭， 2 表示
6、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tools6,用来保存6把餐具当前状态：true表示该餐具当前空闲，false表示该餐具当前正被使用。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 用来返回一个餐具的状态。 3.2程序各模块流程图3.
7、2.1 主程序模块图 3-2 主程序模块流程图3.2.2 状态改变模块幵始学家处于进餐状菸t=i XE杲学家飪于等侍状态 si atus=O ?左右手铤貝均空闲？ tools nuinbc匸6& 12 (number- 1) SB京冢址于启考状寂下 status=-2?冃融下左右手翹具； toolsnunber%6=t rue; tool? (numtier-1)K6J-true :拿起左右手醫具； t ools numbei6 -false ;+ onls (niunh er- )察日=fa I Q ;改变状态为遊麗; Mtatz=l j改童状态为等诗f st atus=0 ；改爱状态为思芳
8、; status=2 J图3-3状态改变模块Change()流程图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() 流程图3.2.4 返回餐具状态模块图 3-5 返回餐具状态模块 toolstatus(bool a) 流程图4. 源程序代码目的：通过实现哲学家进餐问题的互步，深入了解和掌握进程互斥的原理。设计要求：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。#include #include #inclu
9、de #include #include using namespace std;bool tools6;/全局变量，用餐工具CRITICAL_SECTION cs; /信号量, 在线程中使用，临界区class Philosopherprivate: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(
10、) 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toolsnumber%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(toolsnumber%6&tools(number-1)%6) /左右
11、手两边工具均为空闲状态 toolsnumber%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) 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
12、=用；return state；int main()char con = x； /判断是否继续for(int i=0；i6；i+)toolsi=true； /3 组刀叉都未使用，初始化Philosopher P1(1),P2(2),P3(3),P4(4),P5(5),P6(6)；InitializeCriticalSection (&cs) ； /初始化临界区cout状态说明示意图：endl；cout哲学家 1 号的状态endl；coutvv哲学家6号的状态vv叉 3的状态VV刀 1的状态 vv哲学家2号的状态vvendl;vv叉1的状态coutvv vv刀 3 的状态vvendl;coutv
13、v哲学家5号的状态VV叉2的状态VV刀 2的状态哲学家3号的状态vvendl;cout哲学家 4 号的状态endl;coutvv餐具的状态，“用”表示使用中，“闲”表示空闲中。vvendl;coutvvvvendl;coutvv哲学家们开始生活：vvendl;coutvvendl;coutvvendl;while(con=x)P1.Change();P2.Change();P3.Change();P4.Change();P5.Change();P6.Change();coutvv当前状态为：vvendl;coutvvvvP1.find()vvprint(&P1)vvvvendl;coutvvP6.find()vvprint(&P6)vv vvtoolstatus(tools0)vv vvtoolstatus(tools1)vvvvP2.find()vvprint(&P2)vvendl;coutvv vvtoolstatus(tools5)vvvvtoolstatus(tools2)vvendl;coutvvP5.find()vvprint(&P5)vv vvtoolstatus(tools4)
