操作系统课程设计--用多线程同步方法解决睡眠理发师问题(Sleepin

题目: 用多线程同步方法解决睡眠理发师问题（Sleeping-Barber Problem) 初始条件：

1．操作系统：Linux

2．程序设计语言：C语言

3. 设有一个理发师，5把椅子（另外还有一把理发椅），几把椅子可用连续存储单元。

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1．技术要求：

1）为每个理发师／顾客产生一个线程，设计正确的同步算法 2）每个顾客进入理发室后，即时显示“Entered” 及其线程自定义标识，还同时显示理发室共有几名顾客及其所坐的位置。 3）至少有10个顾客，每人理发至少3秒钟。 4）多个顾客须共享操作函数代码。

2． 设计说明书内容要求：

1)设计题目与要求

2)总的设计思想及系统平台、语言、工具等。 3）数据结构与模块说明（功能与流程图）

4）给出用户名、源程序名、目标程序名和源程序及其运行结果。（要注明存

储各个程序及其运行结果的主机IP地址和目录。）

5）运行结果与运行情况

（提示: (1)连续存储区可用数组实现。

(2)编译命令可用： cc -lpthread -o 目标文件名 源文件名 (3)多线程编程方法参见附件。）

1设计题目与要求

1.1 设计题目

用多线程同步方法解决睡眠理发师问题（Sleeping-Barber Problem)

1.2 设计要求 1.2.1 初始条件

（1）操作系统：Linux （2）程序设计语言：C语言

（3）设有一个理发师，5把椅子（另外还有一把理发椅），几把椅子可用连续存储单元。

1.2.2 技术要求

（1）为每个理发师／顾客产生一个线程，设计正确的同步算法

（2）每个顾客进入理发室后，即时显示“Entered” 及其线程自定义标识，还同时显示理发

室共有几名顾客及其所坐的位置。 （3）至少有10个顾客，每人理发至少3秒钟。 （4）多个顾客须共享操作函数代码。

2 总体设计思想及开发环境与工具

2.1 总体设计思想

题目中要求描述理发师和顾客的行为，因此需要两类线程barber()和customer ()分别描述理发师和顾客的行为。其中，理发师有活动有理发和睡觉两个事件；等待和理发二个事件。店里有固定的椅子数，上面坐着等待的顾客，顾客在到来这个事件时，需判断有没有空闲的椅子，理发师决定要理发或睡觉时，也要判断椅子上有没有顾客。所以，顾客和理

发师之间的关系表现为：

（1）理发师和顾客之间同步关系：当理发师睡觉时顾客近来需要唤醒理发师为其理发，当有顾客时理发师为其理发，没有的时候理发师睡觉。

（2）理发师和顾客之间互斥关系：由于每次理发师只能为一个人理发，且可供等侯的椅子有限只有n把，即理发师和椅子是临界资源，所以顾客之间是互斥的关系。

（3）故引入3个信号量和一个控制变量：

ⅰ控制变量waiting用来记录等候理发的顾客数，初值为0；

ⅱ信号量customers用来记录等候理发的顾客数，并用作阻塞理发师进程，初值为0； ⅲ信号量barbers用来记录正在等候顾客的理发师数，并用作阻塞顾客进程，初值为1； ⅳ信号量mutex用于互斥，初值为1

2.2 多线程编程原理

此次在Linux下进行多线程编程需要用到pthread_create和pthread_join这两个函数。

2.2.1 创建一个线程

pthread_create用来创建一个线程，原型为： extern

int

pthread_create((pthread_t

*__thread,

__const

pthread_attr_t

*__attr,void

*(*__start_routine) (void *), void *__arg))

第一个参数为指向线程标识符的指针，第二个参数用来设置线程属性，第三个参数是线程运行函数的起始地址，最后一个参数是运行函数的参数。函数thread不需要参数时，最后一个参数设为空指针。第二个参数设为空指针时，将生成默认属性的线程。创建线程成功后，新创建的线程则运行参数三和参数四确定的函数，原来的线程则继续运行下一行代码。

2.2.2 等待一个线程结束

pthread_join用来等待一个线程的结束，函数原型为：

extern int pthread_join __P ((pthread_t __th, void **__thread_return));

第一个参数为被等待的线程标识符，第二个参数为一个用户定义的指针，它可以用来存

储被等待线程的返回值。这个函数是一个线程阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被 等待的线程结束为止，当函数返回时，被等待线程的资源被收回。

2.2.3 信号量

（1）函数sem_init（）用来初始化一个信号量，函数原型为：

extern int sem_init __P ((sem_t *__sem, int __pshared, unsigned int __value)); sem为指向信号量结构的一个指针；pshared不为０时此信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程共享；value给出了信号量的初始值。 （2）函数sem_post( sem_t *sem )用来增加信号量的值。

当有线程阻塞在这个信号量上时，调用这个函数会使其中的一个线程不在阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。

（3）函数sem_wait( sem_t *sem )被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0，解除

阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少。函数sem_trywait ( sem_t *sem )是函数sem_wait（）的非阻塞版本，它直接将信号量sem的值减一。

2.3 伪码实现

difine n 5； //为顾客准备的椅子数为5 semaphore mutex=1； //用于互斥

semaphore customers=0；//等候理发的顾客数 semaphore barbers=1；//正在等候顾客的理发师数

int waiting=0； //等候理发的顾客数 //理发师线程 void barber() {

while(true) //判断有无顾客

{

wait(customers); //若无顾客,理发师睡眠

wait(mutex); //互斥

waiting--; //等候顾客数少一个 signal(mutex); //释放临界资源

signal(barber); //cut_hair; // } } //顾客线程

void customer() {

wait(mutex); // if (waiting

waiting++; // signal(mutex); //signal(customers); // wait(barber); // get_haircut; //}

else

signal(mutex); //}

}

理发师去为一个顾客理发 正在理发

互斥

如果有空椅子，则等待 等候顾客数加1

释放临界资源

如果理发师睡觉，唤醒理发师理发师在理发, 顾客等候 顾客坐下等理发师

店里人满了,顾客离开