武汉理工大学 进程同步模拟设计-——吃水果问题

实习一进程同步
一、实习内容
模拟进程同步。

二、实习目的
本实习要求学生理解进程同步的概念和进程同步技术——信号量机制。

三、实习题目
编写一个程序，模拟“吃水果问题”。

问题描述：桌上有一个盘子，每次只能放一个水果，爸爸专向盘中放苹果，妈妈专向盘中放橘子，儿子专等吃盘里的橘子，女儿专等吃盘里的苹果。

只要盘子空，爸爸妈妈可向盘中放水果，仅当盘中有自己需要的水果时，儿子或女儿可从中取出，请用信号量及PV操作模拟四人的同步关系。

提示：
（1）信号量和P、V(semwait&semsignal)操作原语自己定义，在保证该对原语原有意义的基础上，也可添加新内容（模拟的需要，结合提示（5）思考）；
（2）4人分别是4个进程，每个进程的程序可由一个函数模拟；
其中，
进程名——作为进程的标识，自己定义。

状态——有两种状态，“就绪”和“阻塞”，初始状态都为“就绪”，用“R”表示。

当一个进程阻塞后，它的状态为“阻塞”，用“B”表示。

（3）当前执行哪个进程可由随机函数决定，若该进程当前是阻塞的，则打印“该进程阻塞”提示；否则，执行该进程程序；
（4）取、放水果的操作可用打印语句的方式替代；
（5）当一个阻塞态进程被唤醒成为就绪态，然后，再次被选中执行时，应从P原语的下一个语句开始执行。

这该怎么控制？想办法解决（结合提示（1）思考）。

注意：
信号量的设置和初值；
程序应有提示，界面友好!
用循环队列存阻塞队列和就绪队列。

附件1：学号：012课程设计题目进程同步模拟设计--吃水果问题学院计算机科学与技术学院专业计算机科学与技术专业班级计算机姓名指导教师2011 年01 月19 日课程设计任务书学生：专业班级：指导教师：作单位：计算机科学与技术学院题目: 进程同步模拟设计——吃水果问题初始条件：1．预备容：阅读操作系统的进程管理章节容，对进程的同步和互斥，以及信号量机制度有深入的理解。

2．实践准备：掌握一种计算机高级语言的使用。

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．模拟吃水果的同步模型：桌子上有一只盘子，最多可容纳两个水果，每次只能放入或者取出一个水果。

爸爸专门向盘子中放苹果，妈妈专门向盘子中放橘子，两个儿子专门等待吃盘子中的橘子，两个女儿专门等吃盘子中的苹果。

2．设计报告容应说明：⑴需求分析；⑵功能设计（数据结构及模块说明）；⑶开发平台及源程序的主要部分；⑷测试用例，运行结果与运行情况分析；⑸自我评价与总结：i）你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色；ii）什么地方做得不太好，以后如何改正；iii）从本设计得到的收获（在编写，调试，执行过程中的经验和教训）；iv）完成本题是否有其他方法（如果有，简要说明该方法）；v）对实验题的评价和改进意见，请你推荐设计题目。

时间安排：设计安排一周：周1、周2：完成程序分析及设计。

周2、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：严禁抄袭，一旦发现，一律按0分记）指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日进程同步模拟设计——吃水果问题1需求分析1.1吃水果问题的描述桌子上有一只盘子，最多可容纳两个水果，每次只能放入或者取出一个水果。

爸爸专门向盘子中放苹果，妈妈专门向盘子中放橘子，两个儿子专门等待吃盘子中的橘子，两个女儿专门等吃盘子中的苹果。

1.2问题的转换这是进程同步问题的模拟，可以把向盘子放或取水果的每一个过程可以转为一个进程的操作，这些进程是互斥的，同时也存在一定的同步关系。

课程设计课程设计任务书学生： Miss屠专业班级： 08计科指导教师：王海英工作单位：计算机科学与技术学院题目: 进程同步模型系统的设计——吃水果问题初始条件：1．预备容：阅读操作系统的进程管理章节容，对进程的同步和互斥，以及信号量机制度有深入的理解。

2．实践准备：掌握一种计算机高级语言的使用。

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．为下面吃水果的问题创建进程并利用通信API实现进程之间的同步模型。

能够处理以下的情形：桌子上有一只盘子，最多可容纳两个水果，每次只能放入或者取出一个水果。

爸爸专门向盘子中放苹果，妈妈专门向盘子中放橘子，两个儿子专门等待吃盘子中的橘子，两个女儿专门等吃盘子中的苹果。

2．设计报告容应说明：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源程序的主要部分；⑷运行结果与运行情况分析；⑸自我评价与总结：i）你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色；ii）什么地方做得不太好，以后如何改正；iii）从本设计得到的收获（在编写，调试，执行过程中的经验和教训）；iv）完成本题是否有其他的其他方法（如果有，简要说明该方法）；时间安排：设计安排一周：周1、周2：完成程序分析及设计。

周2、周3：完成程序调试及测试。

周4、周5：撰写课程设计报告。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日进程同步模型系统的设计——吃水果问题1、课程设计目的与功能1.1、目的为下面吃水果的问题创建进程并利用通信API实现进程之间的同步模型。

能够处理以下的情形：桌子上有一只盘子，最多可容纳两个水果，每次只能放入或者取出一个水果。

爸爸专门向盘子中放苹果，妈妈专门向盘子中放橘子，两个儿子专门等待吃盘子中的橘子，两个女儿专门等吃盘子中的苹果。

1.2、实现的功能本程序共创建了4个在windows系统环境下实现的线程，即Fahter、Mother、Son和Daughter等4个线程，以及putapple、putorange、getapple和getorange 等4个函数，其中4个线程是用于实现爸爸、妈妈、儿子和女儿分别放水果和取水果的线程操作的，并分别调用这4个函数，来实现真正的操作。

《操作系统》课程设计任务书题目：苹果-桔子问题的实现学生姓名：班级：物联网工程1班学号：指导教师：张清/贾娟娟一、设计目的学生通过该题目的设计过程，掌握进程同步问题的原理、软件开发方法并提高解决实际问题的能力。

二、设计内容1、了解UNIX的命令及使用格式，熟悉UNIX/LINUX的常用基本命令，练习并掌握UNIX提供的vi编辑器来编译C程序，学会利用gcc、gdb编译、调试C程序。

2、编写程序实现苹果-桔子问题。

桌上有一个空盘子，只允许放一个水果。

爸爸专向盘中放苹果，妈妈专向盘中放桔子，儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。

规定当盘空时，一次只能放一个水果。

三、设计要求及工作量1、分析设计要求，给出解决方案（要说明设计实现所用的原理、采用的数据结构）。

2、设计合适的测试用例，对得到的运行结果要有分析。

3、设计中遇到的问题，设计的心得体会。

4、文档：课程设计打印文档每个学生一份，并装在统一的资料袋中。

5、光盘：每个学生的文档和程序资料建在一个以自己学号和姓名命名的文件夹下，刻录一张光盘，装入资料袋中。

四、要提交的成果1. 设计说明书一份，内容包括：1) 中文摘要100字；关键词3-5个；2) 设计思想；3）各模块的伪码算法；4）函数的调用关系图；5）测试结果；6）源程序（带注释）；7）设计总结；8) 参考文献、致谢等。

2. 刻制光盘一张。

五、设计进度计划及时间安排六、主要参考资料1.汤子瀛，哲凤屏.《计算机操作系统》.西安电子科技大学学出版社.2.王清，李光明.《计算机操作系统》.冶金工业出版社.3.孙钟秀等. 操作系统教程. 高等教育出版社4.曾明. Linux操作系统应用教程. 陕西科学技术出版社.5. 张丽芬，刘利雄.《操作系统实验教程》. 清华大学出版社.6. 孟静，操作系统教程－－原理和实例分析. 高等教育出版社7. 周长林，计算机操作系统教程. 高等教育出版社8. 张尧学，计算机操作系统教程，清华大学出版社9.任满杰，操作系统原理实用教程，电子工业出版社10.张坤.操作系统实验教程，清华大学出版社目录1.绪论 (1)1.1设计任务 (1)1.2设计思想 (1)1.3基础知识 (1)2.各模块伪码算法 (3)2.1父亲进程模块 (3)2.2母亲进程模块 (5)2.3儿子进程模块 (7)2.4女儿进程模块 (9)2.5Print函数 (11)3. 函数调用关系图 (14)3.1函数调用图........................................ 错误！未定义书签。

附件1：学号：012课程设计题目进程同步模拟设计--吃水果问题学院计算机科学与技术学院专业计算机科学与技术专业班级计算机姓名指导教师2011 年01 月19 日课程设计任务书学生：专业班级：指导教师：作单位：计算机科学与技术学院题目: 进程同步模拟设计——吃水果问题初始条件：1．预备容：阅读操作系统的进程管理章节容，对进程的同步和互斥，以及信号量机制度有深入的理解。

2．实践准备：掌握一种计算机高级语言的使用。

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．模拟吃水果的同步模型：桌子上有一只盘子，最多可容纳两个水果，每次只能放入或者取出一个水果。

爸爸专门向盘子中放苹果，妈妈专门向盘子中放橘子，两个儿子专门等待吃盘子中的橘子，两个女儿专门等吃盘子中的苹果。

2．设计报告容应说明：⑴需求分析；⑵功能设计（数据结构及模块说明）；⑶开发平台及源程序的主要部分；⑷测试用例，运行结果与运行情况分析；⑸自我评价与总结：i）你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色；ii）什么地方做得不太好，以后如何改正；iii）从本设计得到的收获（在编写，调试，执行过程中的经验和教训）；iv）完成本题是否有其他方法（如果有，简要说明该方法）；v）对实验题的评价和改进意见，请你推荐设计题目。

时间安排：设计安排一周：周1、周2：完成程序分析及设计。

周2、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：严禁抄袭，一旦发现，一律按0分记）指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日进程同步模拟设计——吃水果问题1需求分析1.1吃水果问题的描述桌子上有一只盘子，最多可容纳两个水果，每次只能放入或者取出一个水果。

爸爸专门向盘子中放苹果，妈妈专门向盘子中放橘子，两个儿子专门等待吃盘子中的橘子，两个女儿专门等吃盘子中的苹果。

1.2问题的转换这是进程同步问题的模拟，可以把向盘子放或取水果的每一个过程可以转为一个进程的操作，这些进程是互斥的，同时也存在一定的同步关系。

《我和水果交朋友》综合实践教学设计《我和水果交伴侣》综合实践教学设计一、课标相关要求：《语文课程标准》指出：综合实践活动课程是一门综合性课程，注意培育同学自主性、合作性学习过程。

它具有开放性、自主性、实践性、探究性的特点。

综合实践活动是基于同学的直接阅历，亲密联系同学自身生活和社会生活，强调获得亲自参预的主动体验，强调学会共享与合作，强调提高同学的发觉问题和解决问题的力量，强调学科学问与相关学问的综合运用。

二、教材分析：（一）教学内容分析：综合实践活动《我与水果交伴侣》一课，我引导同学从自身生活和社会生活中发觉问题，开展多样化的实践学习，在活动中我注意同学学问和技能的综合运用。

以讨论性学习为主导学习方式，以同学的直接阅历或体验为基础而开发和实施的。

本次综合实践活动是在老师的指导下，同学自主进行的综合性学习活动，是基于同学的日常生活阅历，亲密联系同学自身生活和社会实际，体现同学对水果学问的综合应用。

本次实践活动分三个阶段进行，旨在让同学联系已有的学问和生活阅历，仔细观看搜集，通过亲身体验学习，激发同学学习的兴趣，寓学问、技能于兴趣之中，鼓舞同学会动手、会创新、会团结协作。

（二）教学目标：1.通过调查、查阅书籍、上网、询问、亲身动手实践活动，培育同学猎取信息的力量。

2.通过削、切、挖等方法制作共性水果拼盘实践活动，培育同学的动手创新力量。

3.同学在小组合作过程中学会交往、学会合作，体验探究学习、合作学习和创作学习的活动乐趣。

4.通过观赏、展评和相互沟通让同学感悟果蔬拼盘的内涵文化，陶怡情操，丰富想象力。

5.激发同学乐于探究创新的欲望，鼓舞同学亲近自然，喜爱大自然。

（三）教学重点难点：1.通过削、切、挖等方法制作共性水果拼盘实践活动，培育同学的动手创新力量。

2.通过观赏、展评和相互沟通让同学感悟果蔬拼盘的内涵文化，陶怡情操，丰富想象力。

3.激发同学乐于探究创新的欲望，鼓舞同学亲近自然，喜爱大自然。

（四）教材课型、课时成果展现评价课，一课时。

操作系统课程设计报告院（系）：计算机工程学院专业：计算机科学与技术专业学生姓名:＿＿班级：＿＿学号:题目：用多进程同步方法演示“桔子-苹果”问题____起迄日期:＿2012.07.02＿--2012.07.13＿____设计地点:现代教育中心指导教师:熊晓芸2011—2012年度第 2 学期完成日期: 2012 年 7 月 13 日一、课程设计目的本次实验进行操作系统课程设计的主要任务是模拟生产者和消费者的一个衍生，即实现“橘子-苹果问题”。

这个问题中有两个生产者，分别生产苹果核橘子，有两个消费者，分别消费橘子和苹果。

同时，因为两个生产者和两个消费者对同一个缓冲区进行操作，所以应互斥的访问缓冲区以保证程序的正确性。

本次实验的目的就是加深各个进程正确有效的对资源的访问，即同步和互斥。

同时掌握信号量在互斥访问中的使用。

掌握生产者和消费者问题的流程和实现方法。

同时提高编程的能力、对问题的解决能力及查阅文档的能力。

二、课程设计内容与要求1、通过研究Linux的进程同步机制和信号量，实现特殊的生产者与消费者问题的并发控制。

2、说明：有两类生产者，一类负责生产桔子，一类负责生产苹果；有两类消费者，一类负责消费桔子，一类负责消费苹果；他们共享一个有20个存储单元的有界缓冲区，每个存储单元只能放入一种产品（桔子/苹果）。

3、设计要求：1)二类生产者与二类消费者数目均为20，即20个生产者负责生产桔子，20个生产者负责生产苹果；20个消费者负责消费桔子，20个消费者负责消费苹果2)二类生产者的生产速度与二类消费者的消费速度均可独立在程序界面调节，在运行中，该值调整后立即生效3)多个生产者或多个消费者之间必须有共享对缓冲区进行操作的函数代码，同时需要考虑算法的效率性4)每个生产者和消费者对有界缓冲区进行操作后，即时显示有界缓冲区的全部内容、当前生产者与消费者的指针位置，以及生产者和消费者线程标识符5)采用可视化界面，可在运行过程中随时暂停，查看当前生产者、消费者以及有界缓冲区的状态三、系统分析与设计1、系统分析1.此次任务是实现特殊生产者和消费者的演示程序，所需要处理的信息是生产者和消费者的个数，生产苹果、橘子和消费苹果、橘子的速度控制，缓冲区中橘子和苹果的个数和当前生产、消费指针的位置。

武汉理⼯⼤学进程同步模拟设计-——吃⽔果问题进程同步模拟设计——吃⽔果问题1需求分析1.1吃⽔果问题的描述桌⼦上有⼀只盘⼦，最多可容纳两个⽔果，每次只能放⼊或者取出⼀个⽔果。

爸爸专门向盘⼦中放苹果，妈妈专门向盘⼦中放橘⼦，两个⼉⼦专门等待吃盘⼦中的橘⼦，两个⼥⼉专门等吃盘⼦中的苹果。

1.2问题的转换这是进程同步问题的模拟，可以把向盘⼦放或取⽔果的每⼀个过程可以转为⼀个进程的操作，这些进程是互斥的，同时也存在⼀定的同步关系。

通过编程实践时，实际是随机的调⽤⼈⼀个进程的操作，⽽这些进程的操作相当于程序中的函数调⽤。

⽽计算机在执⾏时每⼀个时刻只能执⾏⼀个操作，这就默认了互斥。

同步的模拟可以类似于函数调⽤时的前提关系即先决条件。

这样进程同步模拟就完全可以通过函数的调⽤来实现。

具体的每⼀个操作的对应的函数的关系：爸爸向盘⼦中放⼀个苹果：Father()妈妈向盘⼦中放⼀个橘⼦：Mother()⼉⼦1从盘⼦取⼀个橘⼦：Son1()⼉⼦2从盘⼦取⼀个橘⼦：Son2()⼥⼉1从盘⼦取⼀个苹果：Daugther1()⼉⼦1从盘⼦取⼀个苹果：Daugther2()2功能设计2.1 数据结构(1)⽤⼀个整型变量Plate_Size表⽰盘⼦，初始值为0，当放⽔果时Plate_Size 加1，取⽔果时Plate_Size减1。

变量Plate_Size 的最⼤值为2，当为2时表⽰盘⼦已经满，此时若进⾏放⽔果操作，放⽔果将处于等待状态；为0时表⽰盘⼦为空，此时若进⾏取⽔果操作，取⽔果操作将处于等待状态。

(2)整型变量orange和apple分别表⽰盘⼦中的橘⼦和苹果数⽬，初始都为0，Plate_Size=apple+orange。

(3)⽤6个bool型的变量Father_lag，Mother_lag，Son1_lag，Son2_lag，Daughter1_lag，Daughter2_lag表⽰六个进程是否处于等待状态。

处于等待时，变量值为true。