操作系统课程设计-进程同步模拟(吃水果问题)

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。 操作系统课程设计中的“进程同步模拟-吃水果问题”是一个经典的多进程同步问题，它涉及到操作系统中的并发控制、互斥访问和同步机制。在这个问题中，我们需要创建多个并发进程，每个进程代表不同的角色：爸爸、妈妈、两个儿子和两个女儿，他们在同一资源（盘子）上进行操作。 1. **需求分析**： - **吃水果问题描述**：盘子最多容纳两个水果，一次只能放入或取出一个。爸爸和妈妈负责放入水果，儿子们负责取走橘子，女儿们取走苹果。 - **问题转换**：这个问题转化为进程同步问题，各进程间存在互斥（同一时间只能有一个进程操作盘子）和同步（水果的放入与取出需协调）关系。 2. **功能设计**： - **数据结构**： - `Plate_Size`：表示盘子中水果总数，初始0，范围0-2，用于控制盘子是否满或空。 - `orange` 和 `apple`：分别记录盘子中橘子和苹果的数量。 - `Father_lag` 等6个布尔变量：标记各进程是否在等待状态。 - **调度策略**：当多个进程等待时，按等待顺序执行。 3. **模块说明**： - **主函数**：生成随机调用序列，模拟并发执行。 - **进程函数**： - `Father()`：爸爸放苹果，需要检查盘子是否已满。 - `Mother()`：妈妈放橘子，同样需要检查盘子状态。 - `Son1()` 和 `Son2()`：儿子们取橘子，需要确认盘子中有橘子。 - `Daughter1()` 和 `Daughter2()`：女儿们取苹果，确保盘子中有苹果。 - **Print 函数**：用于输出当前盘子中水果的状态。 在实现过程中，通常会使用信号量机制来解决同步问题。例如，可以设置两个信号量：`mutex` 用于互斥访问盘子，`semaphore_orange` 和 `semaphore_apple` 用于同步橘子和苹果的数量。当盘子满或空时，相应进程会阻塞，直到信号量允许其继续执行。 这个设计任务不仅要求理解基本的进程同步概念，还需要具备编程实现的能力，如使用C、C++或Java等语言。通过设计、实现、测试和调试，学生可以深入理解操作系统中的并发控制原理，并锻炼实际编程技巧。此外，自我评价和总结环节有助于反思学习过程，积累经验，提升问题解决能力。 在完成此课程设计后，学生应能清晰理解以下知识点： 1. 进程的概念和状态转换。 2. 互斥与同步的概念。 3. 信号量机制的应用。 4. 多线程编程基础。 5. 并发控制策略和死锁预防。 这个题目设计合理，涵盖了操作系统课程的重点内容，且具有趣味性，有利于激发学生的兴趣，提高动手能力。可能的改进建议是增加更多复杂的同步场景，以增强难度和实用性。