进程同步模拟设计——司机和售票员问题

集美大学诚毅学院信息工程系实验报告课程名称计算机操作系统序号名称实验三进程同步姓名孙幸杰学号2011957032专业计算1191 日期13.11.22成绩教师洪联系评语：1.实验目的:掌握用Linux信号灯集机制实现两个进程间的同步问题2．实验环境Win7系统虚拟机下运行的Linux系统。

3.实验内容司机与售票员问题是两个进程的同步问题,司机要启动汽车前,要检查售票员车门是否已经关好;售票员要打开车门之前要等司机把车停稳.要求：需要的信号灯: System V信号灯实现用于控制司机是否可以启动车辆的的信号灯 S1=0用于控制售票员是否可以开门的信号灯 S2=04．实验程序（有详细注释）//---------------------------------------------------//这是一个公共汽车的驾驶员与售票员之间的同步问题//一个进程模拟驾驶员，一个进程模拟售票员;//驾驶员的动作:启动车辆--驾驶车辆--到站停车//售票员的动作:关门--售票--开门;//售票员把车门关好后，驾驶员才能启动汽车;//当驾驶员在一个站把车子停稳后，售票员方能打开车门;////本程序采用System V的信号灯集实现两者的同步// 2010.10.8//-----------------------------------------------------#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>#include <stdio.h>#include <time.h>#include <stdlib.h>union semun{int val;//仅用于SETVAL命令struct semid_ds *buf;//用于IPC_SET等命令ushort *array;//用于SETALL等命令};//用于信号灯初始化//semid--信号灯的ID//val--欲设置的信号灯初值//sn--信号灯集的分量void seminit(int semid,int val,int sn) {union semun arg;arg.val=val;semctl(semid,sn,SETVAL,arg);};//实现信号灯的P操作//semid--信号灯的ID//sn--信号灯集的分量void semdown(int semid,int sn){/* define P operating*/struct sembuf op;op.sem_num=sn;op.sem_op=-1;//P操作为-1op.sem_flg=0;semop(semid,&op,1);}//实现信号灯的V操作//semid--信号灯的ID// sn--信号灯集的分量void semup(int semid, int sn){/*define V operating*/struct sembuf op;op.sem_num=sn;op.sem_op=1;//V操作为1op.sem_flg=0;semop(semid,&op,1);}main(){int i,j;key_t semkey;char *pathname="./driver.c";int semid;int rrand;srand((int)time(0));//用于产生随机延时 semkey=ftok(pathname,45);if(semkey==-1){printf("Error:create a key error!\n");exit(-1);}semid=semget(semkey,2,IPC_CREAT | 0666);if(semid==-1){printf("Error:create semaphore error!\n");exit(-1);}seminit(semid,0,0);//对信号灯集的0号分量进行初始化seminit(semid,0,1);//对信号灯集的1号分量进行初始化if(fork()==0) //Create a process{//子进程作为驾驶员进程for(i=1;i<10;i++){semdown(semid,0);//等待售票员关门printf("Driver(pid:%d): Start the bus.\n",getpid());printf("Driver(pid:%d): Traveling....\n",getpid());rrand=1+(int)(6.0*rand()/(RAND_MAX+1.0));//产生一个(1-6)的随机数表示车辆的行驶时间sleep(rrand);printf("Driver(pid:%d): Arrive at a station. stop!\n",getpid()); semup(semid,1);//唤醒售票员}}else{//父进程作为售票员进程for(j=1;j<10;j++){printf("Conductor(pid:%d):Close all doors.\n",getpid());semup(semid,0);//唤醒司机printf("Conductor(pid:%d):Ticketing...\n",getpid());semdown(semid,1); //等待汽车到站printf("Conductor(pid:%d):Open all doors.\n",getpid());sleep(1);}}}5．实验结果及其分析输入程序：程序：编译：运行结果：6．实验小结完成本实验后，我对基本的额进程间的通信有了初步的了解。

进程部分的习题1. 在公共汽车上，司机进程和售票员进程各司其职。

司机在正常行车中售票员售票，两者之间没有制约关系，可以任意并发。

但是在其他环节，司机和售票员进程之间存在着如下同步关系：1）司机停车后等待售票员关门后才能启动车辆。

2）售票员售完票后，等待司机到站停车，停车后才能打开车门。

var door,stop:semaphore:=0,0beginparbegin司机进程：beginwhile(true){wait(door); //等待售票员发送关门信息启动车辆；正常行车；到站停车；signal(stop)；//给售票员发送到站信息}end;售票员进程：beginwhile(true){关车门;signal(door); //给司机发送关门信息售票；wait(stop)；//等待司机发送到站信息开车门；上下乘客；}endparendend.2.某寺庙，有小和尚，老和尚若干。

有一水缸，由小和尚提水入缸供老和尚饮用。

水缸可容10桶水，水取自同一井中。

水井径窄，每次中能容下一个桶取水。

水桶总数为3个。

每人一次取缸水仅为1桶，且不可同时进行。

试用记录型信号量给出有关取水、入水的算法描述。

根据题意，定义信号量及其初值如下：（1）水桶为临界资源需互斥使用，定义信号量bucket，因有3个桶，故初值为3；（2）水井一次只能允许下一个桶取水，定义互斥信号量well，初值为1;（3）水缸一次只能允许一个人取水，定义互斥信号量jar，初始值为1；（4）empty和full用于小和尚和老和尚之间的同步制约关系。

因为缸能存10桶水，所以empty初始值为10；开始时缸中没有水，full的初始值为0。

semaphore bucket=3,jar=1,full=0,empty=10,well=1; young_monk(){ /*小和尚入水算法*/while(1){wait(empty);wait (bucket);wait (well);从水井中打水；signal(well);wait (jar);倒入水缸；signal (jar);signal (bucket);signal (full);}}old_monk(){ /*老和尚取水算法*/while(1){wait(full);wait (bucket);wait (jar);从缸中取水；signal (jar);signal (bucket);signal (empty);从桶中倒入饮用;}}3.设有3个进程A、B、C，其中A与B构成一对生产者与消费者（A为生产者，B为消费者），共享一个由n个缓冲区组成的缓冲池；B与C也构成一对生产者与消费者（此时B为生产者，C为消费者），共享另一个由m个缓冲区组成的缓冲池。

附件1：学号：课程设计题目进程同步模拟设计——司机和售票员问题学院计算机科学与技术专业计算机科学与技术班级姓名指导教师2011 年 1 月21 日课程设计任务书学生姓名：专业班级：运算机科学与技术指导教师：工作单位：运算机科学与技术学院题目: 进程同步模拟设计——司机和售票员问题初始条件：1．预备内容：阅读操作系统的进程治理章节内容，对进程的同步和互斥，和信号量机制度有深切的明白得。

2．实践预备：把握一种运算机高级语言的利用。

要求完成的要紧任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，和说明书撰写等具体要求）1．模拟公共汽车司机和售票员开关门及行车操作的同步模型。

2．设计报告内容应说明：⑴课程设计目的与功能；⑵需求分析，数据结构或模块说明(功能与框图)；⑶源程序的要紧部份；⑷测试用例，运行结果与运行情形分析；⑸自我评判与总结：i）你以为你完成的设计哪些地址做得比较好或比较超卓；ii）什么地址做得不太好，以后如何更正；iii）从本设计取得的收成（在编写，调试，执行进程中的体会和教训）；iv）完本钱题是不是有其他的其他方式（若是有，简要说明该方式）；v）对实验题的评判和改良意见，请你推荐设计题目。

时刻安排：设计安排一周：周一、周2：完成程序分析及设计。

周二、周3：完成程序调试及测试。

周4、周5：验收、撰写课程设计报告。

（注意事项：严禁剽窃，一旦发觉，抄与被抄的一概按0分记）指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日1.课程设计目的与功能1.1课程设计目的：通过课程设计，运用信号量，模拟公共汽车司机和售票员开关门及行车操作的同步模型。

1.2课程设计能够实现以下功能：设置信号量，保证以下四点：●公走运行的时候售票员不能开车门；●公交停下，售票员方可打开车门；●公交车门打开时，司机不能开车；●公交车门关上时，司机方能启动公交2.需求分析，数据结构或模块说明(功能与框图)2.1 需求分析●为了保证公走运行的时候车门不能开，应该设置一个表示公走运行的信号量，1表示公走运行在，0表示车已停下；●为了保证车门打开的时候司机不能启动公交，因此应设置一个表示车门是不是打开的信号量，0表示公交门打开，1表示公交门关上●依照以上分析，两个信号量在同一时刻必然相反，由此取得结论：设置一个信号量，1表示车停门开，0表示车开门关2.2 数据结构1.Bus类●成员变量：int flag表示公共的信号量，1表示车停门开，0表示车开门关●方式：public synchronized void open()，表示乘务员开车门的动作public synchronized void drive()，表示司机启动车辆的动作2.Driver类，继承于Thread类●成员变量：private Bus c，表示该司机所驾驶的公交是c●方式：public void run()，执行Bus c的driver()方式3.Conductor类，继承于Thread类●成员变量：private Bus c，表示该司机所驾驶的公交是c●方式：public void run()，执行Bus c的open()方式2.3 模块说明●Bus模块那个地址要紧介绍Bus模块中的open()与driver()方式:1.open():方式open()具有synchronized关键字，表示该方式在执行的进程中，其他方法不能够改变该方法所在对象中所拥有的值，因此保证了时间的同步性。

操作系统：用多线程模拟汽车司机与售票员需求分析试验报告本实验利用多线程模拟汽车司机与售票员之间的协同工作即同步过程。

一方面只有售票员把车门关好了司机才能开车，因此，售票员关好车门应通知司机开车；另一方面，只有汽车已经停下，售票员才能开门上下客，故司机停车后应通知售票员。

实验的结果是在屏幕显示二者的同步过程。

一、设计过程基本原理：在Windows的一个进程内包含一个或多个线程，32位Windows环境下的WIN32 API提供了多线程应用程序开发所需的接口函数，本实验就是C++语言编写的WIN32 API的多线程编程。

具体过程：1.创建两个信号对象，设定初始值；2.创建两个子线程函数，一个为司机的操作过程，一个为售票员的操作过程。

我们在这里设定站点数为10个；在司机操作的子线程中，用一个while循环，当到最后一站时，就退出，此时，程序运行结束。

3.编写主线程函数，在其中调用两个子线程。

二、源代码#include <iostream.h>#include <windows.h>HANDLE hSemaphore1=CreateSemaphore(NULL, 0, 1, NULL);HANDLE hSemaphore2=CreateSemaphore(NULL, 0, 1, NULL);int station=1;DWORD WINAPI ThreadDriver( LPVOID LpParameter ){while(station<=10){cout<<"司机正常行车"<<endl;cout<<"前方为"<<station<<"站点"<<endl;if(station==10){cout<<"终点站到了"<<endl;return 0;}cout<<"到达"<<station<<"站点"<<endl;ReleaseSemaphore(hSemaphore2,1,NULL);WaitForSingleObject(hSemaphore1,INFINITE);cout<<"离站开车"<<station<<endl<<endl<<endl;Sleep(500);station++;}return 0;}DWORD WINAPI ThreadConductor( LPVOID LpParameter ){while(1){WaitForSingleObject(hSemaphore2,INFINITE);cout<<"售票员开门"<<endl;Sleep(1000);cout<<"乘客正在上车"<<endl;Sleep(6000);cout<<"售票员关门"<<endl;cout<<"售票员向刚上车售票"<<endl;ReleaseSemaphore(hSemaphore1,1,NULL);Sleep(1000);}return 0;}int main(){HANDLE hDriver;HANDLE hConductor;cout<<"多线程模拟司机售票员同步过程\n";cout<<"----------------------------\n";hDriver=CreateThread(NULL,0,ThreadDriver,NULL,0,NULL);Sleep(10);hConductor=CreateThread(NULL,0,ThreadConductor,NULL,0,NULL);Sleep(300000);CloseHandle(hDriver);CloseHandle(hConductor);return 0;}三、运行结果：多线程模拟司机售票员同步过程----------------------------司机正常行车前方为1站点到达1站点乘客正在上车售票员关门售票员向刚上车售票离站开车司机正常行车前方为2站点到达2站点售票员开门乘客正在上车售票员关门售票员向刚上车售票离站开车司机正常行车前方为3站点到达3站点售票员开门乘客正在上车售票员关门售票员向刚上车售票离站开车司机正常行车前方为4站点到达4站点售票员开门乘客正在上车售票员关门售票员向刚上车售票离站开车司机正常行车前方为5站点到达5站点售票员开门乘客正在上车售票员关门售票员向刚上车售票司机正常行车前方为6站点到达6站点售票员开门乘客正在上车售票员关门售票员向刚上车售票离站开车司机正常行车前方为7站点到达7站点售票员开门乘客正在上车售票员关门售票员向刚上车售票离站开车司机正常行车前方为8站点到达8站点售票员开门乘客正在上车售票员关门售票员向刚上车售票离站开车司机正常行车前方为9站点到达9站点售票员开门乘客正在上车售票员关门售票员向刚上车售票离站开车司机正常行车前方为10站点终点站到了四、程序结果分析从运行结果看，基本上模拟了司机和售票员的同步过程。

计算机操作系统实验设计一一、实验名称：售票员和汽车司机的进程同步问题二、实验内容：创建两个进程模拟售票员和汽车司机的同步行为。

具体内容如下：1. 司机的活动：启动车辆，正常行车，到站停车。

2. 售票员活动：关车门，售票，开车门。

3. 当发车时间到，售票员关好车门后，司机才能启动车辆，售票员才开始售票。

当到站时，司机停稳车后，售票员才能打开车门，车上乘客先下车，然后站牌乘客上车。

三、设计分析：司机与售票员要协同工作:一方面只有售票员把门关好之后司机才可开车，因此售票员关好门之后要通知司机开车，然后售票；另一方面，也只有司机把车停下之后售票员才能开门让乘客下车和上车，因此，此时司机应通知售票员。

汽车当前正在始发站停车让乘客上车，因此，必须设置一定的信号量来实现他们之间的同步问题。

把司机与售票员的信号量设置为全局变量，并把客车上的人数：现在人数、下车人数、上车人数设置为全局变量；设置司机与售票员各自的线程。

考虑到第一站和最后一站的问题，应单独处理，故在各自的线程中分情况讨论：由于下车的人数是随机的，设计时考虑到了人数可能会超过客车的最大上限的问题。

具体的思路是下面的图示。

中s1是司机的信号量，s2是售票员的信号量。

实现司机与售票员之间的同步过程如下：Begins1,s2;semaphores1=0; s2=1;cobeginprocess driverbeginL1:P(s1);启动车辆;正常运行;到站停车;v(s2);goto L1;end;process conductorbeginL2:P(s2);开车门;关车门;v(s1);售票;goto L2;end;coend;end;四、算法的实现程序的实现（代码）：#include<stdafx.h>#include<stdlib.h>#include<stdio.h>#include<windows.h>#include<time.h>#define Total_num 70 //客车的最大容量#define Total_pork 10 //总的站数//全局变量int Recent_num=0; //某一时刻的客车上的人数int Get_on_num; //上车的人数int Get_off_num; //下车的人数int pork=1; //客车到达路线的站数HANDLE Semaphore_driver; //Driver的信号量HANDLE Semaphore_conductor;//Conductor的信号量//产生一定范围的随机数，可避免下面程序的判断是否超出客车的最大容量问题int Get_random(int min,int max){int a;srand((int)time(0));while(1){a=rand()%(Total_num+1);if(a>=min && a<=max) return a;}}//Driver的线程DWORD WINAPI Thread_Driver(LPVOID Driver){while(pork<=Total_num){if(pork==Total_pork){WaitForSingleObject(Semaphore_driver,INFINITE); printf("终点站到了,谢谢乘坐该公交车，祝您愉快!\n");printf("到达终点站时汽车上还有%d人。

新版进程同步典型例题(总11页)本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March进程同步练习题1. 在公共汽车上，司机和售票员的工作流程如图所示。

为保证乘客的安全，司机和售票员应密切配合协调工作。

请用信号量来实现司机与售票员之间的同步。

司机售票员图司机和售票员工作流程图2. 桌子上有一只盘子，盘子中只能放一只水果。

爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放橘子，一个儿子专等吃盘子中的橘子，一个女儿专等吃盘子中的苹果。

用PV操作实现他们之间的同步机制。

3. a，b两点之间是一段东西向的单行车道，现要设计一个自动管理系统，管理规则如下：（1）当ab之间有车辆在行驶时同方向的车可以同时驶入ab段，但另一方向的车必须在ab 段外等待；（2）当ab之间无车辆在行驶时，到达a点（或b点）的车辆可以进入ab段，但不能从a 点和b点同时驶入；（3）当某方向在ab段行驶的车辆驶出了ab段且暂无车辆进入ab段时，应让另一方向等待的车辆进入ab段行驶。

请用信号量为工具，对ab段实现正确管理以保证行驶安全。

4．将只读数据的进程称为“读者”进程，而写或修改数据的进程称为“写者”进程。

允许多个“读者”同时读数据，但不允许“写者”与其他“读者”或“写者”同时访问数据。

另外，要保证：一旦有“写者”等待时，新到达的“读者”必须等待，直到该“写者”完成数据访问为止。

试用P、V操作正确实现“读者”与“写者”的同步。

（第二类读者写者问题，信号量解决方法）5．一条河上架设了由若干个桥墩组成的一座桥。

若一个桥墩只能站一个人，过河的人只能沿着桥向前走而不能向后退。

过河时，只要对岸无人过，就可以过。

但不允许河对岸的两个人同时过，以防止出现死锁。

请给出两个方向的人顺利过河的同步算法。

6．有一个仓库，可以存放A和B两种产品，但要求：（1）每次只能存入一种产品（A或B）；（2）-N＜A产品数量－B产品数量＜M。