基于Python实现(GUI)电梯调度系统【100012820】

###### 操作系统第一次作业 ### 1.背景 #### 基本任务 某一层楼20层，有五部互联的电梯。基于线程思想，编写一个电梯调度程序。 #### 功能描述 - [x] 电梯应有一些按键，如：数字键、关门键、开门键、上行键、下行键、报警键等； - [x] 有数码显示器指示当前电梯状态； - [x] 每层楼、每部电梯门口，有上行、下行按钮、数码显示。 ### 2.开发 + 使用`python`进行开发 + `GUI`开发使用的图形库为`pyqt5` + `python`版本为`3.8.1` + 过程式编程，电梯的状态使用一组全局变量表示，未给每部电梯设计一个类，线程间通过共享的这组全局变量进行通信，通过维护这组变量实现电梯的调度 + 运行：在根目录下运行如下命令（安装PyQt5和运行程序） ```bash pip install pyqt5 python Elevator.py ``` + 或者运行打包好的.exe文件 ```bash .\Elevator.exe ``` ## 具体算法 过程式编程，电梯的状态使用一组全局变量`elevator_goal`、`state`、`pause`、`floor`表示，线程间通过共享的这组全局变量进行通信，通过维护这组变量实现电梯的调度，使用一个锁`lock`保证读写不冲突。 ```python # 表示目标楼层 elevator_goal1 = set([]) elevator_goal2 = set([]) elevator_goal3 = set([]) elevator_goal4 = set([]) elevator_goal5 = set([]) elevator_goal = [elevator_goal1, elevator_goal2, elevator_goal3, elevator_goal4, elevator_goal5] # 此数组表示电梯状态 0表示停止 1表示向上运行 -1表示向下运行 state = [] for i in range(5): state.append(0) # 指示该电梯是否暂停运行 pause = [] for i in range(5): pause.append(1) # 表示当前楼层 floor = [] for i in range(5): floor.append(1) # 表示楼道里的向上的请求 people_up = set([]) # 表示楼道里的向下的请求 people_down = set([]) # 5个锁 lock = [] for i in range(5): lock.append(threading.Lock()) ``` 当按下内部的按钮时，相应楼层会被添加至目标楼层 ```python def set_goal(elev, flr): # 根据电梯内的按钮设定目标楼层 lock[elev - 1].acquire() # 获得锁 ex.findChild(QPushButton, "{0}+{1}".format(elev, flr)).setStyleSheet( "QPushButton{background-image: url(background.png)}") elevator_goal[elev - 1].add(flr) lock[elev - 1].release() # 释放锁 ``` 当按下外部的按钮时，该楼层会被设为某一部电梯的任务楼层，该电梯即为距离该楼层最近的一部电梯。 ```python def set_global_goal_up(flr): # 设定楼道里上楼请求所在的楼层 ex.findChild(QPushButton, "up{0}".format(flr)).setStyleSheet("QPushButton{background-image: url(background.png)}") people_up.add(flr) elevator_goal[ [abs(floor[0] - flr), abs(floor[1] - flr), abs(floor[2] - flr), abs(floor[3] - flr), abs(floor[4] - flr)].index( min(abs(floor[0] - flr), abs(floor[1] - flr), abs(floor[2] - flr), abs(floor[3] - flr), abs(floor[4] - flr)))].add(flr) def set_global_goal_down(flr): # 设定楼道里下楼请求所在的楼层 ex.findChild(QPushButton, "down{0}".format(flr)).setStyleSheet("QPushButton{background-image: url(background.png)}") people_down.add(flr) elevator_goal[ [abs(floor[0] - flr), abs(floor[1] - flr), abs(floor[2] - flr), abs(floor[3] - flr), abs(floor[4] - flr)].index( min(abs(floor[0] - flr), abs(floor[1] - flr), abs(floor[2] - flr), abs(floor[3] - flr), abs(floor[4] - flr)))].add(flr) ``` 上面两段代码是一样的，外部按钮的上楼和下楼区别在于，比如当外部按钮的▲10和▼10都被按下，而有一部电梯的升降路线为9->10->11则外部按钮的▲10会被清除而▼10会继续保持。此算法在函数`check_and_change_floor`中。 ```python ... # 从外部等候楼层中移除该层 if state[int - 1] == -1: ex.findChild(QPushButton, "down{0}".format(floor[int - 1])).setStyleSheet( "QPushButton{}") # 移除标识 if state[int - 1] == 1: ex.findChild(QPushButton, "up{0}".format(floor[int - 1])).setStyleSheet( "QPushButton{}") # 移除标识 ... ... if state[int - 1] == 1: people_up.discard((floor[int - 1])) # 移除楼层 if state[int - 1] == -1: people_down.discard(floor[int - 1]) # 移除楼层 ... ``` 五个线程每秒执行一次`check_and_change_floor`，进行更改当前楼层的操作，主要的算法也包含其中。 具体流程为先根据状态（上行、静止、下行）改变当前所在楼层，根据改变后的楼层从任务列表里去除相应楼层并且熄灭相应的按钮，再根据任务列表和当前所在的楼层改变电梯的状态。然后在睡眠1s之后，继续重复此流程。为每个电梯都安排一个这样的线程。 ```python def check_and_change_floor(int): while (1): if pause[int - 1] == 1: # 改变电梯楼层 lock[int - 1].acquire() # 加锁 if state[int - 1] == 0: pass else: if state[int - 1] == -1: floor[int - 1] = floor[int - 1] - 1 else: floor[int - 1] = floor[int - 1] + 1 ex.findChild(QLCDNumber, "{0}".format(int)).display(floor[int - 1]) ex.findChild(QPushButton, "{0}+{1}".format(int, floor[int - 1])).setStyleSheet( "QPushButton{}") # 去掉该层的标识 # 从外部等候楼层中移除该层 if state[int - 1] == -1: ex.findChild(QPushButton, "down{0}".format(floor[int - 1])).setStyleSheet( "QPushButton{}") # 移除标识 if state[int - 1] == 1: ex.findChild(QPushButton, "up{0}".format(floor[int - 1])).setStyleSheet( "QPushButton{}") # 移除标识 if state[int - 1] == 1: if (floor[int - 1] in elevator_goal[int - 1]) or (floor[int - 1] in people_up): lock[int - 1].release() ex.findChild(QPushButton, "open{0}".format(int)).setStyleSheet( "QPushButton{background-image: url(open.png)}") time.sleep(2) ex.findChild(QPushButton, "open{0}".format(int)).setStyleSheet( "QPushButton{}") lock[int - 1].acquire() if state[int - 1] == -1: if (floor[int - 1] in elevator_goal[int - 1]) or (floor[int - 1] in people_down): lock[int - 1].release() ex.findChild(QPushButton, "open{0}".format(int)).setStyleSheet( "QPushButton{background-image: url(open.png)}") time.sleep(2) ex.findChild(QPushButton, "open{0}".format(int)).setStyleSheet( "QPushButton{}") lock[int - 1].acquire() if state[int - 1] == 1: people_up.discard((floor[int - 1])) # 移除楼层 if state[int - 1] == -1: people_down.discard(floor[int - 1]) # 移除楼层 elevator_goal[int - 1].discard(floor[int - 1]) # 从要达到的目标楼层中移除该层 # ----------------------状态改变的算法---------------------- # if state[int - 1] == -1: # 如果当前状态是向下 if len(list(elevator_goal[int - 1])) == 0: state[int - 1] = 0 if (len(list(elevator_goal[int - 1])) != 0) and ( min(list(elevator_goal[int - 1])) > floor[int - 1]): state[int - 1] = 1 if state[int - 1] == 1: # 如果当前状态是向上 if len(list(eleva