操作系统课程设计
专业：信息安全班级：姓名：黄春海学号：老师：薛安荣 0801 3080604022
一、课程设计的目的与要求
1、课程设计目的
本课程设计的主要目的是通过生产者和消费者问题（理发店问题）的设
计和调试，使学生掌握进程同步的工作原理，利用信号量的原理和机制去解决同步问题，并培养学生分析和解决实际问题的能力。
2、课程设计要求
（1）、在Windows系统环境下，用Windows API编程实现操作系统经典同步
问题。
（2）、理解和运用信号量、PV原语、进程间的同步互斥关系等基本知识。 （3）、在实习过程中，加强对于进程同步概念的理解，对于实验进行分析。 （4）、掌握在Windows环境下多线程（进程）程序设计的一些基本方法。
二、设计内容
理发店理有一位理发师、一把理发椅和5把供等候理发的顾客坐的椅
子。如果没有顾客，理发师便在理发椅上睡觉。一个顾客到来时，它必须叫醒理发师。如果理发师正在理发时又有顾客来到，则如果有空椅子可坐，就坐下来等待，否则就离开。
三、开发环境
操作系统功能的模拟实现可以在计算机系统的终端上进行。本次课程设计的主要过程是用语言来模拟操作系统的主要功能。试验环境如下：
系统： Windows XP 语言：C
开发工具：Visual C++ 6.0
四、分析设计
题目中要求描述理发师和顾客的行为，因此需要两类进程Barber ()和
Customer()分别描述理发师和顾客的行为。当理发师看报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，没有的时候理发师休息，因此理发师和顾客之间是同步的关系，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个，即理发师和椅子是临界资源，所以顾客之间是互斥的关系。故引入3个信号量和一个控制变量：1)控制变量
waiting用来记录等候理发的顾客数，初值均为0；2)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；3)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0；4)信号量mutex用于互斥，初值为1 三 问题实现
1.PV操作代码如下:
int waiting=0 ； //等候理发的顾客数 int chairs=n； //为顾客准备的椅子数
semaphore customers=0, barbers=0,mutex=1; barber()
while(TRUE); //理完一人,还有顾客吗? P(cutomers); //若无顾客,理发师睡眠 P(mutex); //进程互斥
waiting := waiting – 1; //等候顾客数少一个 V(barbers); //理发师去为一个顾客理发 V(mutex); //开放临界区 cut-hair( ); //正在理发 customer()
P(mutex); //进程互斥 if (waiting)
{ waiting := waiting+1; // 等候顾客数加1 V(customers); //必要的话唤醒理发师 V(mutex); //开放临界区
P(barbers); //无理发师, 顾客坐着养神 get-haircut( ); //一个顾客坐下等理/ else
V(mutex); //人满了,走!
2.详细实现：
椅子数目可以设置;程序采用用随机数产生顾客进程,也就是顾客按照随机
数自动到来,这样更加接近现实生活;对于理发师,当顾客到来后去理发，如果没有顾客继续看报纸，当理完一个后，判断是否有等待，有则叫下一个来理发，没有的话去看报纸。对于客人，先看理发师是空闲还是忙，空闲则去理发，忙着的话则看是否有位置等待，有则坐下等，没有的话则离开。对于理发时间，是取系统时间来控制，设理发时间为10秒，当两次时间差大于等于10时表示理完叫下一位，小于则继续理发。并且还能控制是否开门营业,当理发师为10个以上顾客理发完成并且没有人在等待时,可以决定是否关门休息. 信号量
信号量的定义：
信号量(Semaphore)是在多线程环境下使用的一种设施, 它负责协调各个线程, 以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。
信号量S是一个整数，S大于等于零时代表可供并发进程使用的资源实体数，但S小于零时则表示正在等待使用临界区的进程数。
对信号量操作的PV原语： P原语操作的动作是： （1）S减1；
（2）若S减1后仍大于或等于零，则进程继续执行；
（3）若S减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转进程调度。
V原语操作的动作是： （1）S加1；
（2）若相加结果大于零，则进程继续执行；
（3）若相加结果小于或等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程，然后再返回原进程继续执行或转进程调度。
PV操作对于每一个进程来说，都只能进行一次，而且必须成对使用。在PV原语执行期间不允许有中断的发生。
2、涉及的数据结构
程序中引入3个信号量和一个控制变量：
（1)控制变量wait用来记录等候理发的顾客数，初值均为0;
（2)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;
（3)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;
(4)信号量Mutex用于互斥，初值1.
int long wait(0); /*正在等待的顾客的数目 */ int sofas; /*为顾客准备的椅子数*/ customers, barbers，mutex : semaphore;
customers = 0; barbers = 1; wait = 0; mutex = 1;
3、流程图