一 问题描述 (经典理发师问题) 假设后街有家理发店,店里有一个理发师、一把理发椅和n把等候理发的顾客椅子。 (1).如果没有顾客则理发师便在理发椅上看报纸; (2).当有一个顾客到达时,首先查看理发师在干什么,如果在看报纸则告诉理发师理发,然后坐到理发椅上开始理发;如果理发师正在理发,则查看是否有空的椅子可坐,如果有,他就坐下等待,如果没有,则离开; (3).理发师为一位顾客理完发后,查看是否有人等待,如有则唤醒一位为其理发,如没有则在理发椅上看报纸; (4).顾客不分优先级 二 问题分析 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,没有的时候理发师看报,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,走吧!}
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. 代码如下: #include "windows.h" #include "iostream.h" #include "math.h"
#define random (rand()*10000)/RAND_MAX //定义一个随机函数来产生顾客,并且使两个顾客间的时间少于10秒 int long waiting(0); //正在等待的顾客的数目 int chairs; //椅子的总数目 char open_door; //开门 char close_door; //关门 int count(0); //顾客的号码数 int finish(0); //理发完毕的顾客数目 DWORD a;
void cuthair() { ::Sleep (10000); cout<<"理发完成 !"<<endl; //理发师理发函数,用时10秒
} void gethaircut() { ::Sleep (10001); //顾客被理发的函数,为了和理发师之间有所区别,比理发师理发时间长0.001秒。 cout<<"第"<<finish<<"个顾客理发完毕,离开 "<<endl; } HANDLE Mutex=::CreateMutex(NULL, FALSE, "Mutex"); //用来实现进程的互斥 HANDLE barbers=::CreateSemaphore(NULL, 1,1, "barbers");//定义信号量来进行线程间的同步 HANDLE customers=::CreateSemaphore(NULL,0,3,"customers");
DWORD WINAPI customer(LPVOID pParm2) //顾客的线程 {
::WaitForSingleObject(Mutex ,INFINITE); //p(mutex)来进行互斥操作 count++; //来的是第几个顾客 cout<<"叮咚!第 "<<count<<" 个顾客来了 "<<endl; if (waiting<chairs) //如果还有椅子可以坐 { if (waiting!=0){ cout<<"此时有"<<waiting <<" 个人在等待理发"<<endl; } else cout<<"没有人在等待"<<endl; //输出有多少人在等待 waiting++; cout<<"还有"<<chairs-waiting+1<<"个座位"<<endl; cout<<"有座位,顾客已经坐下"<<endl; ::ReleaseSemaphore(customers,1,NULL);//v(customer) ::ResumeThread(customers);//唤醒理发师进程 ::ReleaseMutex(Mutex);//释放互斥量,以便其他线程使用
::WaitForSingleObject(barbers,INFINITE);//等待理发 gethaircut(); //理发并离开 } else {
cout<<"座位已满,第"<<count<<"个顾客离开"<<endl; //没有椅子,顾客直接离开 ::ReleaseMutex(Mutex); } return 0; }
DWORD WINAPI barber(LPVOID pParm1) //理发师的线程 { while(true) //一直执行 { ::WaitForSingleObject(customers,INFINITE);//p(customers),等待顾客 ::WaitForSingleObject(Mutex,INFINITE); //等待互斥量 waiting--; //等待的人数减一 ::ReleaseSemaphore(barbers,1,NULL); //释放信号量 ::ResumeThread(barbers); //唤醒顾客进程 ::ReleaseMutex(Mutex); //v(mutex); cuthair(); //理发 finish++; //理发完毕的顾客数目加一 } return 0; }
int main(int argc, char* argv[]) { cout<<"请输入椅子的总数目:"; cin>>chairs; cout<<"理发店共有"<<chairs<<"把椅子"<<endl; //设置椅子数目 cout<<"开门接待顾客吗?Y/N"<<endl; //是否开门营业 cin>>open_door; while (open_door!='y') { cout<<endl<<"********对不起,尚未开门!********"<<endl; cout<<"开门接待顾客吗?Y/N"<<endl; cin>>open_door; } HANDLE hThread1; HANDLE hThread2; hThread2=::CreateThread (NULL,0,barber,NULL,0,NULL); //产生一个理发师进程 while(close_door!='y') { ::Sleep(random); //顾客随机到来 hThread1=::CreateThread(NULL,0,customer,NULL,a,NULL); cout<<endl<<"********营业中,欢迎光临!********"<<endl; if (finish>=10&&waiting==0) //如果完成数超过10并且没有人等待 { cout<<"已经为"<<finish<<"个顾客理发了,要关门下班吗?"<<endl; //提示是否关门 cin>>close_door; return close_door; } else ; } if (close_door=='y') { cout<<"********对不起,暂停营业!********"<<endl; return 0; }
}
四 运行结果 运行程序显示出字符界面,按照提示设置椅子数目,并决定是否开门营业,若不开门,则一直提示,开门则开始营业,顾客随机到来,程序自动运行.若理发完成数超过10并且没有人等待,则理发师可以决定是否关门休息.界面如下:
五 心得体会 刚开始对进程操作不了解,不知道如何下手,后来请教同学,基本上搞懂了进程的同步与互斥操作的相关理论知识,又由于对MFC环境不熟悉,就在WIN32 Consol Application 环境下编写了这个程序,调试过程中遇到不少问题,但是基本上都解决了.本来想让理发师理完10 个以上的人并且没有人在等待的时候可以决定是否关门下班,但是由于顾客线程是受随机函数控制的,时间上不容易满足该条件,程序运行中没有看到该功能的实现,有待进一步解决. 六 程序清单 #include <iostream.h> #include <windows.h> random ();随机产生顾客的函数 cuthair(); 理发师的理发函数 gethaircut() 顾客被理发的函数 Barber();理发师线程 Customer();顾客线程 Main();实现线程的操作 |