操作系統(tǒng)課程設(shè)計--進程通信與進程同步機制實踐

1、<p>　　《操作系統(tǒng)》課程設(shè)計</p><p>　　題目：進程通信與進程同步機制實踐</p><p>　　學院名稱： 計算機科學與通信工程學院 </p><p><b>　　班級學號： </b></p><p><b>　　學生姓名： </b></p>&l

2、t;p>　　教師姓名： </p><p>　　教師職稱： </p><p>　　2016年 1 月8日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一 課程設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>&

3、lt;b>　　二 開發(fā)環(huán)境</b></p><p><b>　　二 原理</b></p><p>　　五 主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和流程</p><p>　　六 原語對應(yīng)的函數(shù)及算法</p><p><b>　　七 測試結(jié)果與分析</b></p><p><b&g

4、t;　　八 總結(jié)</b></p><p><b>　　九 源程序清單</b></p><p><b>　　一課程設(shè)計的內(nèi)容</b></p><p><b>　　【設(shè)計內(nèi)容】</b></p><p>　　某銀行提供6個服務(wù)窗口(3個對私服務(wù)窗口，2個對公服務(wù)窗口，1個

5、理財服務(wù)窗口、一臺取號機和20個供顧客等待的座位。顧客到達銀行時，若有空座位，則到取號機上領(lǐng)取一個號，等待叫號；若沒有空座位，則在門外等待或離開。取號機每次僅允許一位顧客使用，有對公、對私和理財三類號，每位顧客只能選取其中一個。當營業(yè)員空閑時，通過叫號選取一位顧客，并為其服務(wù)。</p><p><b>　　【說明】</b></p><p>　　(1)可模擬設(shè)立一個服務(wù)

6、時間區(qū)間如9：00-17:00，也可限定最大服務(wù)人數(shù)；</p><p>　　(2)顧客達到時間隨機，辦理對私、對公、理財業(yè)務(wù)隨機，每位顧客服務(wù)時間可設(shè)定在一定范圍內(nèi)。這些都可通過隨機數(shù)產(chǎn)生。</p><p>　　(3)取號時顧客拿到的號含有號碼和等待的人數(shù)，例如A、B、C分別代表對私、對公、理財，“號碼：A05，有2人等待”表示取的是對私服務(wù)號，編號是05，有2人等待辦理對私業(yè)務(wù)。<

7、/p><p>　　(4)成績評定：平時占60%，實驗報告占40%；其中平時60%包括考勤和學習態(tài)度、學習積極性等占20%，兩次檢查，每次檢查各占20%。</p><p><b>　　【檢查說明】</b></p><p>　　第一次檢查：時間18周周三-四，檢查同步與互斥算法與API熟悉情況</p><p>　　第二次檢查：時

8、間18周周五上午與晚上，檢查最終程序完成情況。</p><p><b>　　【要求】</b></p><p>　　說明設(shè)置哪些信號量？信號量的含義和初始值是什么？并用信號量和P、V操作寫出進程的同步算法。(注：該內(nèi)容包含在設(shè)計報告中，并在第一次檢查時檢查)</p><p>　　查閱并自學進程、線程的創(chuàng)建與撤銷、信號量、P操作、V操作等相關(guān)原語的

9、系統(tǒng)調(diào)用。(注：該內(nèi)容包含在設(shè)計報告中，并在第一次檢查時檢查)</p><p>　　在Linux或Windows或Unix環(huán)境下，采用系統(tǒng)調(diào)用中的進程或線程的創(chuàng)建與撤銷、信號量、P操作、V操作，編程解決上述問題，并完成調(diào)試與測試工作。(注：該內(nèi)容包含將并在第二次檢查時檢查)</p><p>　　打印：（注意：由于多個進程共享一個顯示器或文件，需要互斥訪問）</p><p

10、>　　各進程的初始狀態(tài)信息；</p><p><b>　　中間狀態(tài)變化信息；</b></p><p><b>　　最終狀態(tài)信息。</b></p><p>　　例如，顧客到達時的時間狀態(tài)信息，領(lǐng)取的號碼信息，等待時間，接收服務(wù)的服務(wù)窗口信息、服務(wù)時間，離開時間等信息。</p><p><b

11、>　　目的</b></p><p>　　通過課程設(shè)計模擬銀行辦理業(yè)務(wù)的情景，使用pv操作實現(xiàn)互斥與同步。來進一步熟悉課堂上講授的pv操作原語，掌握進程的互斥與同步的知識。</p><p><b>　　二開發(fā)環(huán)境</b></p><p>　　windows操作系統(tǒng)，</p><p><b>　　

12、使用Java語言，</b></p><p>　　在eclipse上實現(xiàn)</p><p><b>　　三原理及算法</b></p><p>　　1用一個線程來模擬一位客戶，客戶到來時間，離開時間，都是通過獲取系統(tǒng)的時間來體現(xiàn)。中間等待及辦理業(yè)務(wù)的時間則通過產(chǎn)生的一定范圍的隨機數(shù)對線程進行睡眠來模擬的</p><p&

13、gt;<b>　　2總共分為三個類，</b></p><p>　　第一個類是包括主函數(shù)的類，用來開啟程序并創(chuàng)建線程對象。</p><p>　　第二個類是線程類，包括線程的定義和線程的方法run方法，在run方法內(nèi)對實現(xiàn)主要程序的功能的函數(shù)進行調(diào)用。</p><p>　　第三個類，就是存儲的需要用到的主要變量，計數(shù)器，及實現(xiàn)程序功能的三個函數(shù)，供

14、所有的線程公用。三個函數(shù)。</p><p>　　第一個函數(shù)進行座位的檢測，有座位則進入銀行，沒有在在外等待，以及獲取此時運行該線程的名字，作為一個客戶的標識，并通告該客戶到來及此時的時間。</p><p>　　第二個函數(shù)實現(xiàn)取號功能，其中包括判斷取號機是否有人使用，取號時根據(jù)隨機數(shù)產(chǎn)生三種不同的票號，同時該票號的內(nèi)容還包括票的序號和此類票號對應(yīng)的服務(wù)窗口現(xiàn)在還有多少人在等待。</p&

15、gt;<p>　　第三個函數(shù)是服務(wù)功能，包括根據(jù)票號判斷此時該類窗口是否有已滿，滿了就等待，沒滿則去辦理業(yè)務(wù)。辦理業(yè)務(wù)通過產(chǎn)生隨機數(shù)對線程進行休眠，客戶離開時，通告客戶的服務(wù)時間，及離開的時間。</p><p>　　四主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和流程</p><p><b>　　六個信號量</b></p><p>　　一個代表大廳的座位，初值為

16、20。</p><p>　　一個代表取號機，初值為1,。</p><p>　　三個窗口，初值分別為3,2,1。</p><p>　　一個用來實現(xiàn)對記錄大廳人數(shù)的變量的互斥操作。</p><p><b>　　四個變量</b></p><p>　　一個代表辦理業(yè)務(wù)的總?cè)藬?shù)。</p>&l

17、t;p>　　三個分別代表三個窗口的等待人數(shù)。</p><p>　　票號的格式為服務(wù)+票號+等待人數(shù)。例如A-22-3表示辦理對私服務(wù)，票號為22，該窗口還有3人在等待。</p><p>　　等待時間，服務(wù)時間，均是調(diào)用函數(shù)產(chǎn)生隨機數(shù)。</p><p><b>　　流程圖</b></p><p>　　五原語對應(yīng)函數(shù)及

18、pv算法</p><p>　　創(chuàng)建線程：繼承Thread類，實現(xiàn)run方法</p><p>　　信號量semaphore</p><p>　　p操作：acquire</p><p>　　v操作：release</p><p>　　Semaphore Zcount ,Qcount,counta,countb,countc

19、,countx;</p><p>　　Zcount.value=20;</p><p>　　Qcount.value=1; </p><p>　　Counta.value=3;</p><p>　　Countb.value=2;</p><p>　　Countc.value=1;</p><p>

20、;　　Countx.value=1;</p><p><b>　　Process{</b></p><p>　　P(&zcount);{</p><p>　　p(&qcount);</p><p><b>　　取票</b></p><p><b>　

21、　A</b></p><p><b>　　B</b></p><p><b>　　C</b></p><p>　　Return A或者B或者C;</p><p>　　v(&qcount);</p><p><b>　　If(A){</b&g

22、t;</p><p>　　P(&counta);</p><p>　　V(&zcount);</p><p><b>　　辦理服務(wù)</b></p><p>　　V(&counta);</p><p><b>　　}</b></p><

23、;p>　　Else if(B){</p><p>　　P(&countb);</p><p>　　V(&zcount);</p><p><b>　　辦理服務(wù)</b></p><p>　　V(&countb);</p><p><b>　　}</b&g

24、t;</p><p><b>　　Else{</b></p><p>　　P(&countc);</p><p>　　V(&zcount);</p><p><b>　　辦理服務(wù)</b></p><p>　　V(&countc);</p>

25、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　六測試結(jié)果與分析</b></p><p>　　分析：進程的名字標志客戶。</p><

26、p>　　由于線程太快，設(shè)置的休眠時間較短，所以存在同一秒級有多個用戶到達。</p><p>　　服務(wù)時間為1000,2000,3000毫秒隨機。</p><p>　　到來及離開都是分別獲取此時系統(tǒng)的時間。</p><p><b>　　七總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過本次的實驗對pv操作有了更進一步的理解，從

27、更深層次了解了同步與互斥的原理及實現(xiàn)的過程。設(shè)計過程遇到了各種問題。</p><p>　　在設(shè)計pv操作時由于座位加上窗口共可以存放26個人，盡管信號量設(shè)置的是20，但是需要在每一個人申請到窗口時即釋放座位。就是在釋放窗口之前。</p><p>　　在設(shè)計程序時關(guān)于每個線程共享的變量以及每個線程私有的變量的問題，比如取到的號即為每個線程的私有變量。</p><p>

28、　　最后經(jīng)過一周半的課程設(shè)計之后，對編程，解決問題的能力，都有了一定的提升。</p><p><b>　　九 源程序清單</b></p><p><b>　　第一個類</b></p><p>　　package bank1;</p><p>　　publicclass routine {</p

29、><p>　　publicstatic common comm =new common();</p><p>　　@SuppressWarnings("deprecation")</p><p>　　publicstaticvoid main(String[] args) {</p><p><b>　　inti;

30、</b></p><p>　　for (i=1;i<=20;i++){</p><p>　　client clii=new client(comm);</p><p>　　clii.start();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}

31、</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　第二個類</b></p><p>　　package bank1;</p><p>　　import bank1.common;</p><p>　　import java.util.R

32、andom;</p><p>　　import java.util.concurrent.Semaphore;</p><p>　　public class client extends Thread {</p><p>　　private common comm;</p><p>　　String result= new String();

33、</p><p>　　public client(common thiscomm) {</p><p>　　// TODO 自動生成的構(gòu)造函數(shù)存根</p><p>　　comm=thiscomm;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　public void run(){&

34、lt;/p><p>　　Random ran=new Random();</p><p><b>　　try {</b></p><p>　　sleep((ran.nextInt(6)+1)*2000);</p><p>　　} catch (InterruptedException e1) {</p><

35、;p>　　// TODO 自動生成的 catch 塊</p><p>　　e1.printStackTrace();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　comm.sit(this.getName());</p><p>　　result=comm.qu(this.getName());&l

36、t;/p><p>　　comm.handle(result, this.getName());</p><p><b>　　try {</b></p><p>　　sleep(10);</p><p>　　} catch (InterruptedException e) {</p><p>　　//

37、TODO 自動生成的 catch 塊</p><p>　　e.printStackTrace();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>

38、　　第三個類</b></p><p>　　package bank1;</p><p>　　import java.util.Date;</p><p>　　import java.util.Random;</p><p>　　import java.util.concurrent.Semaphore;</p>&l

39、t;p>　　publicclass common {</p><p>　　privateintzcount;</p><p>　　privateintaa,bb,cc;</p><p>　　Semaphore semaphore = new Semaphore(10); </p><p>　　Semaphore semaphoreq =

40、 new Semaphore(1);</p><p>　　Semaphore semaphorea = new Semaphore(3);</p><p>　　Semaphore semaphoreb = new Semaphore(2);</p><p>　　Semaphore semaphorec = new Semaphore(1);</p>&

41、lt;p>　　Semaphore semaphorez = new Semaphore(1);</p><p>　　Random ran1=new Random();</p><p>　　public common(){</p><p><b>　　zcount=1;</b></p><p><b>　　

42、aa=-3;</b></p><p><b>　　bb=-2;</b></p><p><b>　　cc=-1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　publicvoid sit(String name){</p>

43、<p><b>　　try {</b></p><p>　　semaphore.acquire();</p><p>　　} catch (InterruptedException e) {</p><p>　　// TODO 自動生成的 catch 塊</p><p>　　e.printStackTrace(

44、);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Date date=new Date();</p><p>　　System.out.println("客戶："+name+"在時間"+date.toString()+"：到達"+"\n");<

45、/p><p><b>　　}</b></p><p>　　public String qu(String name) {</p><p>　　String a= new String();</p><p><b>　　try {</b></p><p>　　semaphoreq.

46、acquire();</p><p>　　} catch (InterruptedException e) {</p><p>　　// TODO 自動生成的 catch 塊</p><p>　　e.printStackTrace();</p><p><b>　　}</b></p><p>&l

47、t;b>　　intx;</b></p><p><b>　　inty;</b></p><p>　　Random ran=new Random();</p><p>　　x=ran.nextInt(9);</p><p><b>　　y=zcount;</b></p>

48、<p>　　//System.out.println(x);</p><p><b>　　if(x<3){</b></p><p><b>　　aa++;</b></p><p><b>　　intaaa;</b></p><p><b>　　if

49、(aa<0)</b></p><p><b>　　aaa=0;</b></p><p>　　else{aaa=aa;}</p><p>　　a="A"+"--"+y+"該服務(wù)有"+aaa+"人等待";</p><p>　　S

50、ystem.out.println("客戶："+name+":取到號："+a+"\n");</p><p><b>　　try {</b></p><p>　　semaphorez.acquire();</p><p>　　} catch (InterruptedException e

51、) {</p><p>　　// TODO 自動生成的 catch 塊</p><p>　　e.printStackTrace();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　zcount++;</b></p><p>　　semaphorez.re

52、lease();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　elseif(3<=x&&x<=6){</p><p><b>　　bb++;</b></p><p><b>　　intbbb;</b></p><p

53、><b>　　if (bb<0)</b></p><p><b>　　bbb=0;</b></p><p>　　else{bbb=bb;}</p><p>　　a="B"+"--"+y+"該服務(wù)有"+bbb+"人等待";</p

54、><p>　　System.out.println("客戶："+name+":取到號："+a+"\n");</p><p><b>　　try {</b></p><p>　　semaphorez.acquire();</p><p>　　} catch (Inte

55、rruptedException e) {</p><p>　　// TODO 自動生成的 catch 塊</p><p>　　e.printStackTrace();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　zcount++;</b></p><p&

56、gt;　　semaphorez.release();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else{</b></p><p><b>　　cc++;</b></p><p><b>　　intccc;</b></p&g

57、t;<p><b>　　if (cc<0)</b></p><p><b>　　ccc=0;</b></p><p>　　else{ccc=cc;}</p><p>　　a="C"+"--"+y+"該服務(wù)有"+ccc+"人等待&quo

58、t;;</p><p>　　System.out.println("客戶："+name+":取到號："+a+"\n");</p><p><b>　　try {</b></p><p>　　semaphorez.acquire();</p><p>　　} ca

59、tch (InterruptedException e) {</p><p>　　// TODO 自動生成的 catch 塊</p><p>　　e.printStackTrace();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　zcount++;</b></p>

60、;<p>　　semaphorez.release();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　semaphoreq.release();</p><p><b>　　returna;</b></p><p><b>　　}</b></

61、p><p>　　publicvoid handle(String b ,String name){</p><p>　　if (b.charAt(0)=='A'){</p><p><b>　　try {</b></p><p>　　semaphorea.acquire();</p><p

62、>　　} catch (InterruptedException e) {</p><p>　　// TODO 自動生成的 catch 塊</p><p>　　e.printStackTrace();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　semaphore.release();</p&

63、gt;<p>　　System.out.println(name+"：正在對私服務(wù)窗口辦理業(yè)務(wù)"+"\n");</p><p>　　intt=(ran1.nextInt(3)+1)*1000;</p><p><b>　　try {</b></p><p>　　Thread.sleep(t)

64、;</p><p>　　} catch (InterruptedException e) {</p><p>　　// TODO 自動生成的 catch 塊</p><p>　　e.printStackTrace();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　

65、aa--;</b></p><p>　　semaphorea.release();</p><p>　　Date date=new Date();</p><p>　　System.out.println(name+"服務(wù)時間"+t+"毫秒在"+date+"：離開"+"\n"

66、);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　elseif(b.charAt(0)=='B'){</p><p><b>　　try {</b></p><p>　　semaphoreb.acquire();</p><p>　　} cat

67、ch (InterruptedException e) {</p><p>　　// TODO 自動生成的 catch 塊</p><p>　　e.printStackTrace();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　semaphore.release();</p><p&

68、gt;　　System.out.println(name+"：正在對公服務(wù)窗口辦理業(yè)務(wù)"+"\n");</p><p>　　intt=(ran1.nextInt(3)+1)*1000;</p><p><b>　　try {</b></p><p>　　Thread.sleep(t);</p>

69、<p>　　} catch (InterruptedException e) {</p><p>　　// TODO 自動生成的 catch 塊</p><p>　　e.printStackTrace();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　bb--;</b

70、></p><p>　　semaphoreb.release();</p><p>　　Date date=new Date();</p><p>　　System.out.println(name+"服務(wù)時間"+t+"毫秒在"+date+"：離開"+"\n");</p>

71、;<p><b>　　}</b></p><p>　　elseif(b.charAt(0)=='C') {</p><p><b>　　try {</b></p><p>　　semaphorec.acquire();</p><p>　　} catch (Interr

72、uptedException e) {</p><p>　　// TODO 自動生成的 catch 塊</p><p>　　e.printStackTrace();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　semaphore.release();</p><p>　　Syste

73、m.out.println(name+"：正在理財服務(wù)窗口辦理業(yè)務(wù)"+"\n");</p><p>　　intt=(ran1.nextInt(3)+1)*1000;</p><p><b>　　try {</b></p><p>　　Thread.sleep(t);</p><p>

74、;　　} catch (InterruptedException e) {</p><p>　　// TODO 自動生成的 catch 塊</p><p>　　e.printStackTrace();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　cc--;</b></p

75、><p>　　semaphorec.release();</p><p>　　Date date=new Date();</p><p>　　System.out.println(name+"服務(wù)時間"+t+"毫秒在"+date+"：離開"+"\n");</p><p&g

76、t;<b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　附件</b></p><p><b>　　檢查一</b></p><p>

77、　　1信號量的含義初值？</p><p>　　zcount座位，初值20。</p><p>　　qcount取號機，初值1。</p><p>　　Counta A類窗口，初值3。</p><p>　　Countb B類窗口，初值2。</p><p>　　Countc C類窗口，初值1。</p><p

78、>　　Countx 計數(shù)器互斥操作，初值1。</p><p>　　2 pv原語對應(yīng)的api？</p><p><b>　　Java語言</b></p><p>　　信號量 semaphore</p><p>　　P ：acquire</p><p>　　V : release</p&

79、gt;<p><b>　　線程創(chuàng)建</b></p><p><b>　　繼承Thread類</b></p><p><b>　　實現(xiàn)run方法</b></p><p>　　3 是否要區(qū)分窗口，每一個窗口都設(shè)置一個信號量？</p><p>　　不需要，可將每一種窗口

80、化為一類，判斷有無空閑即可，有則服務(wù)，沒有則等待。</p><p><b>　　檢查二</b></p><p>　　1是否設(shè)置服務(wù)時間，或最大服務(wù)量？</p><p>　　根據(jù)作業(yè)要求該功能是可選模塊，可以選擇是否實現(xiàn)，</p><p>　　本作業(yè)有實現(xiàn)可以加一個if else 判斷是否在服務(wù)時間段內(nèi)，如在則允許創(chuàng)建線程

81、對象，如不在，則禁止創(chuàng)建，并輸出“不在服務(wù)時間范圍內(nèi)”。</p><p>　　2開始客戶到來的時間是隨機的嗎？</p><p>　　是，在創(chuàng)建每個線程之后，調(diào)用start之前產(chǎn)生隨機數(shù)，并且根據(jù)隨機數(shù)進行線程休眠，這樣可以模擬客戶的隨機到來，但是由于線程運行太塊，為了方便展示實現(xiàn)效果，將休眠的時間設(shè)置為妙級的，所以隨機的到來時間只是秒數(shù)或者分鐘不同。</p><p>