和尚挑水問(wèn)題課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-08 22:28 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 d，是由 semget 所獲得的信號(hào)量標(biāo)識(shí)符。sem_num 參數(shù)是信號(hào)量數(shù)目。當(dāng)我們使用信號(hào)量數(shù)組時(shí)會(huì)用到這個(gè)參數(shù)。通常，如果這是第一個(gè)且是唯一的一個(gè)信號(hào)量，這個(gè)值為 0。mand 參數(shù)是要執(zhí)行的動(dòng)作，而如果提供了額外的參數(shù)，則是union semun，根據(jù) X/OPEN 規(guī)范，這個(gè)參數(shù)至少包括下列參數(shù)： union semun { intval。 structsemid_ds *buf。 unsigned short *array。 } 許多版本的 Linux在頭文件 (通常為 )中定義了 semun聯(lián)合，盡管 X/Open 確認(rèn)說(shuō)我們必須定義我們自己的聯(lián)合。 有多個(gè)不同的 mand 值可以用于 semctl。在這里我們描述兩個(gè)會(huì)經(jīng)常用到的值。 這兩個(gè)通常的 mand 值為： SETVAL：用于初始化信號(hào)量為一個(gè)已知的值。所需要的值作為聯(lián)合 semun 的 val 成員來(lái)傳遞。在信號(hào)量第一次使用之前需要設(shè)置信號(hào)量。 IPC_RMID：當(dāng)信號(hào)量不再需要時(shí)用于刪除一個(gè)信號(hào)量標(biāo)識(shí)。 semctl 函數(shù)依據(jù) mand 參數(shù)會(huì)返回不同的值 。對(duì)于 SETVAL與 IPC_RMID，如果成功則會(huì)返回 0，否則會(huì)返回 1。 7 3 需求分析 某寺廟中有小和尚、老和尚若干人。廟內(nèi)有一水缸，由小和尚提水入缸 ， 供老和尚飲用。水缸可容納 30 桶水，每次入水、取水僅為 1 桶，不可同時(shí)進(jìn)行。水取自同一水井，水井路窄，每次只能容納一個(gè)水桶取水，設(shè)水桶個(gè)數(shù)為 5 個(gè)。和尚挑水問(wèn)題就是使用某種機(jī)制，能夠使得若干名老和尚可以順利地喝到水，若干名小和尚之間能夠有條不紊地往水缸中入水。 先創(chuàng)建一個(gè)程序，創(chuàng)建三個(gè)子進(jìn) 程 A、 B、 C 模擬三個(gè)老和尚，隔一段時(shí)間久從水缸中取水飲用；創(chuàng) 建另外一個(gè)程序，創(chuàng)建三個(gè)子進(jìn)程 a、 b、 c 模擬三個(gè)小和尚，隔一段時(shí)間獲得一個(gè)水桶并從水井中取水注入水缸中 。如果水缸中沒(méi)有水，老和尚就停止從水缸中取水，并等待小和尚加水；而當(dāng)水缸中容量少于 30 桶，那么小和尚就向水缸中加水，直到水缸注滿為止。如此循環(huán)不止。 實(shí)現(xiàn)功能如下： （ 1） 創(chuàng)建進(jìn)程：手動(dòng)創(chuàng)建 A、 B、 C、 a、 b、 c 六 個(gè)進(jìn)程，都在界面上完成；要求包括進(jìn)程的名稱(chēng)（不能重復(fù)）、執(zhí)行 時(shí)間和申請(qǐng)資源的等待時(shí)間等。在同一時(shí)刻可能有多個(gè)進(jìn)行在內(nèi)存申請(qǐng) 資源，即可以輸入多個(gè)進(jìn)程的資源申請(qǐng)。 （ 2） 臨界資源的管理，包括申請(qǐng)以及分 配等， 通過(guò)信號(hào)量 和信號(hào)量集 實(shí)現(xiàn) 。 （ 3） 生產(chǎn)者消費(fèi)者 算法，判斷是否可以進(jìn)行資源的分配。 任務(wù)目標(biāo)通過(guò)信號(hào)量實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程之間對(duì)共享資源的互斥和同步 。 8 4 整體設(shè)計(jì) 概要設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 2 個(gè)模塊：輸入輸出，進(jìn)程對(duì)資源的隨機(jī)申請(qǐng)及分配，通過(guò) 信號(hào)量和信號(hào)量集機(jī)制及生產(chǎn)者消費(fèi)者算法實(shí)現(xiàn)臨界資源管理，避免死鎖。 輸入輸出：包括系統(tǒng)運(yùn)行所需要的進(jìn)程的名稱(chēng)，執(zhí)行時(shí)間，申請(qǐng)資源的等待時(shí)間，進(jìn)程對(duì)資源的需要量等信息以及系統(tǒng)所要顯示出的進(jìn)程的創(chuàng)建信息，資源的分配信息，進(jìn)行執(zhí)行信息，進(jìn)行動(dòng)態(tài)申請(qǐng)資源信息等。 進(jìn)程對(duì)資源 的隨機(jī)申請(qǐng)及分配：根據(jù)所輸入的進(jìn)程、資源、以及進(jìn)程對(duì)資源的最大申請(qǐng)情況，隨機(jī)產(chǎn)生進(jìn)程當(dāng)前對(duì)資源的申請(qǐng)，輸出相應(yīng)的分配信息與進(jìn)程執(zhí)行信息并使用生產(chǎn)者消費(fèi)者算法對(duì)進(jìn)程的資源申請(qǐng)進(jìn)行判斷。 臨界資源的管理：創(chuàng)建相應(yīng)個(gè)數(shù)的進(jìn)程，完成進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行，使用互斥信號(hào)量使各進(jìn)程互斥的進(jìn)入各自的臨界區(qū)對(duì)資源進(jìn)行申請(qǐng)，進(jìn)程執(zhí)行完畢后，互斥的對(duì)資源進(jìn)行恢復(fù)。 避免死鎖：對(duì)當(dāng)前進(jìn)程對(duì)資源的申請(qǐng)利用生產(chǎn)者消費(fèi)者算法進(jìn)行判斷，看系統(tǒng)分配后是否處于安全狀態(tài)，若處于安全狀態(tài)，則將資源分配給進(jìn)程，并輸出分配信息，否則對(duì)不予以分配 。 程序流程圖及運(yùn)行結(jié)果 下圖為 master 程序的流程圖 9 開(kāi)始 調(diào)用 fork（） 產(chǎn)生子進(jìn)程 pidA 調(diào)用 fork（）產(chǎn)生子進(jìn)程pidB 調(diào)用 fork（）產(chǎn)生子進(jìn)程pidC PidA==0？ PidB==0？ PidC==0？ pidA==1？ PidB==1？ PidC==1？ 出錯(cuò)返回 結(jié)束 循環(huán)調(diào)用mws（） 循環(huán)調(diào)用mws（） N Y N Y Y N Y Y N Y Y Y N 見(jiàn)圖 10 圖 1 程序運(yùn)行結(jié)果為下圖： 調(diào)用 mws（） 水缸中有 沒(méi)有水？ 取 水 發(fā)出取水通知 等待 2s Y N 11 如上圖當(dāng)水缸沒(méi)水的時(shí)候執(zhí)行 acolyte 程序 12 此圖為 acolyte 程序的流程圖 ，下圖為程序執(zhí)行結(jié)果： 開(kāi)始 Pida==0？ Pidb==0？ Pidc==0？ pidA==1？ PidB==1？ PidC==1？ 出錯(cuò)返回 結(jié)束 循環(huán)調(diào)用FILLTHEBARREK（） 循環(huán)調(diào)用FILLTHEBARREK（） N Y Y Y Y Y 調(diào)用FILLTHEBARREK（） 水缸水量 《 30桶？ 桶和井可同時(shí)取用？ 取水入缸 水滿 放棄已得到的桶或井 N Y N Y N Y 調(diào)用 fork()創(chuàng)建三個(gè)子程序 13 當(dāng)水缸有水時(shí)，老和尚可以喝水： 14 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 15 總 結(jié) 經(jīng)過(guò)這次的 課程設(shè)計(jì)，讓我經(jīng)歷了一次有意義的 過(guò)程，讓我了解了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，起初我們只是在不停的各干各的，發(fā)現(xiàn)根本不可能完成預(yù)期的任務(wù)，后來(lái)我們坐下來(lái)討論了系統(tǒng)的功能，然后各司其職，發(fā)現(xiàn)效果真 的
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