操作系统课程设计说明书-基于Linux的进程之间通信精选.doc

中北大学 操作系统课程设计 说 明 书 ? 学 院、系： 软件学院 专 业： 软件工程 学 生 姓 名： 学 号： 设 计 题 目： 基于Linux的进程之间通信 实现信号量通信机制（哲学家进餐） 起 迄 日 期: 2015年12月28日- 2016年1月8日 指 导 教 师: 何志英 ? ? ?2015 年12月25日 需求分析 1.1小组的拿到的任务是： 设计内容： (1) 实现管道通信，要求见P183习题（3）。 (2) 实现信号量通信机制，要求见P191习题（3）。 (3) 实现消息缓冲通信机制，要求见P197习题。 (4) 实现共享内存区通信机制，要求见P201习题（2）。 要求： (1) 用Linux中进程控制系统调用函数来创建进程（线程）。 (2) 输出进程通信时同步的说明信息。 1.2小组分工我拿到的题目是：(2) 实现信号量通信机制，要求见P191习题（3）。 1.3题目的要求如下： 1.3.1.哲学家进餐问题描述： 设有5个哲学家，共享一张放有5把椅子和5把叉子的圆桌，每人分得一把椅子。哲学家们在肚子饥饿时才试图分两次从两边捡起两把叉子就餐。 条件： 1.每个人只有拿到两把叉子时，哲学家才能吃饭 2.如果叉子已在他人手上，则哲学家必须等到他人吃完后才能拿起叉子 3.任性的哲学家在自己未拿到两把叉子吃饭之前，绝不放下自己手中的叉子 1.3.2问题： 1.什么情况下5个哲学家全部都吃不上饭？ 答：当5个哲学家每人手中都拿到了1把叉子（共5把），即不肯放下自己手中的叉子又想要得到左右邻居的叉子时，每个哲学家永远拿不到两把叉子，所有哲学家都在等待另一把叉子，就会导致这5个哲学家谁都吃不上饭。也就是产生死锁后的情况。 2.编程实现没有人饿死（永远拿不到两个叉子）的算法。 答：程序请看代码实现。 分析：没有人饿死，就是不允许出现死锁的情况（5个哲学家每人1把叉子） 1.3.3解决死锁的方法有三种： 1.至多允许四位哲学家同时去拿左边的叉子，最终保证至少有一位哲学家能够进餐，并且在用毕时能释放出他用过的两只叉子，从而使更多哲学家能够进餐； 2.规定当哲学家的左右两只叉子均可用时，才允许他拿起叉子进餐； 3.规定奇数号的哲学家先拿他左边的叉子，然后再去拿他右边的叉子，而偶数号哲学家则相反。五位哲学家都先竞争奇数号叉子，获得后再竞争偶数号叉子，最终总有一位哲学家会因为获得两只叉子而进餐。 1.3.4我采用的解决死锁问题的方法 我采用的解决死锁的方法是第二种，即在哲学家拿起叉子前先判断他左右邻居的情况，只要左右邻居中有一位正在进餐（叉子已经被邻居拿到，邻居进餐结束前自己无法获得其叉子），就不允许其拿起叉子进餐，这就可以预防死锁的情况发生。 1.4软件需要完成的功能： 按照题目要求，需要调用Linux操作系统函数使用信号量机制完成对哲学家进餐问题的求解，要求所有哲学家都能吃到食物，并且要防止哲学家在竞争叉子过程发生死锁。 程序应该包含如下功能： 1.哲学家思考功能：哲学家在进餐前和进餐后处于思考状态； 2.哲学家拿起叉子动能：哲学家进餐前需要拿起叉子，在这个过程中可能发生死锁，所以要在这个功能中编写防止死锁的方法； 3.哲学家进餐功能：哲学家拿起叉子后开始进餐； 4.哲学家放下叉子功能：哲学家用餐完毕，放下叉子，并通知其左右邻居； 5.执行P、V操作功能：由于要使用信号量机制，肯定会涉及到P、V操作 6.创建工作环境功能：包括建立共享内存区、连接进程和共享内存区、创建并初始化信号量集、创建子进程模拟5个哲学家等。 1.5软件设计的目的： 完成对哲学家进餐问题的求解，解决死锁问题。 1.6最终成果： 最终要提交的成果是：说明书、源程序（cpp文件） 总体设计 2.1程序模块结构图： 图1 哲学家进餐问题程序模块结构图 2.2程序流程图 2.2.1 总体流程图 图2 总体程序流程图 2.2.2哲学家进餐问题解决方案流程图 图3 哲学家进餐问题解决方案流程图 3．详细设计 3.1 包含必要的头文件 由于要调用Linux系统函数，所以要导入必要的头文件，需要导入的头文件如下： #include sys/types.h //使用了shmat函数 #include sys/ipc.h #include sys/sem.h //使用了semget函数 #include sys/wait.h //使用了wait函数 #include sys/shm.h //使用了shmget、shmat、shmctl、shmdt四个函数 #include stdio.h //使用了printf函数 #include