Linux电梯模拟:进程通信与调度算法详解

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本次实验主要目标是在Linux环境下,利用Qt5.10.1开发工具,实现一个模拟电梯运行的程序,着重探讨进程间(Process)与线程间(Thread)的通信与同步技术,并实现多种电梯调度算法,如期望最邻近算法、优先级调度算法、全响应调度算法和随机调度算法。电梯作为临界资源,其访问需要严格的互斥控制,以避免死锁问题。 程序开发需求涉及三层建筑,但实际模拟过程中设定了15层,以增加测试场景的复杂性和并行处理的稳定性。用户界面简洁明了,包括电梯内部控制视图,显示所有楼层按钮以及开门、关门和报警功能,以及外部各楼层的上下按钮,模拟实际乘坐电梯的交互体验。 电梯调度的关键在于资源互斥访问机制。当不同楼层的请求同时到达时,程序需要确保一次只有一个电梯执行上下操作,这就需要用到信号量(Semaphore)作为状态变量来协调。具体实现时,当电梯忙碌时,请求者会进入等待状态,直到电梯空闲。遵循的原则包括“空闲让进”(电梯空闲时,第一个请求者立即执行)、“忙则等待”(电梯正在运行时,其他请求者需等待)、“有限等待”(设定超时限制,防止无限等待)和“让权等待”(高优先级请求者可以打断低优先级请求者的执行)。 在进程与线程的通信方面,通过事件槽(Slot)和信号(Signal)机制,不同楼层的电梯请求通过按钮点击触发,然后传递给相应的处理函数。这展示了Qt中的回调函数和连接机制,实现了异步通信和事件驱动的编程模型。 在电梯调度算法实现部分,程序需要考虑多种策略来决定电梯的行动,如按照楼层距离最近的请求进行调度,或者依据预先设定的优先级顺序,或者随机分配。每种算法的实现都涉及到同步逻辑,确保电梯的正确运行和公平性。 实验过程中,可能会遇到的问题可能包括并发控制不当导致的死锁、资源竞争问题、调度算法效率低下等,通过调试和优化,确保程序的正确性和性能。最后,通过验收实验,验证程序是否满足预期功能和性能指标。 总结来说,这次实验不仅锻炼了对操作系统原理的理解,还提升了编程技能,特别是在并发编程、进程与线程同步以及资源管理方面的应用。