操作系统大作业：基于C++采用线程思想实现电梯调度程序.zip

# 处理机管理-电梯调度 > 操作系统 课程作业 1 ## 项目背景及需求 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。 每个电梯里面设置必要功能键：如数字键、关门键、开门键、上行键、下行键、报警键、当前电梯的楼层数、上升及下降状态等。 每层楼的每部电梯门口，应该有上行和下行按钮和当前电梯状态的数码显示器。 五部电梯门口的按钮是互联结的，即当一个电梯按钮按下去时，其他电梯的相应按钮也就同时点亮，表示也按下去了。 所有电梯初始状态都在第一层。每个电梯如果在它的上层或者下层没有相应请求情况下，则应该在原地保持不动。 ## 开发/运行环境 环境: Windows 10 1903 语言: C++ / MinGW x64 8.1.0 / Qt 5.12.0 ---- ## 系统架构 项目文件: ```sh └─elevator │ README.md │ ├─release │ │ elevator_sim.exe │ │ Qt5Core.dll │ │ Qt5Gui.dll │ │ Qt5Widgets.dll │ │ │ ├─platforms │ │ qwindows.dll │ │ │ └─styles │ qwindowsvistastyle.dll │ └─src building.cpp building.h building.ui elevator.cpp elevator.h elevator.ui elevator_sim.pro elevator_sim.pro.user main.cpp mainwindow.cpp mainwindow.h mainwindow.ui ``` 项目包含三个类: 主窗口类 `mainwindow`, 电梯类 `elevator`, 控制台类 `building`, 每个类均有自己的界面实现. 程序运行后, 实例化一个 `mainwindow` 类. 调整电梯与楼层的数量后, `mainwindow` 的 `run()` 方法实例化若干个 `elevator` 类和一个 `building` 类. 前者包括了电梯内部的楼层按钮与显示, 后者包括了电梯外部每一层楼的按钮以及每个电梯状态的显示. ### mainwindow 类 >程序主窗口, 继承自 `QMainWindow` 类  1. `Run`: 运行模拟 2. `Stop`: 停止模拟并销毁所有其他窗口 3. `Exit`, `X`: 销毁所有其他窗口之后退出 4. `算法选择框`: 选择外部分派算法, 共有三种算法, 在后文有详细叙述 ```c++ void run(); // To start simiulations. void my_stop(); // To stop simiulations. ``` ### elevator 类 >电梯窗口, 继承自 `QWidget` 类 每 800ms 刷新一次状态  1. `Slider`: 用于指示电梯当前位置, 不可滑动. 上方标签为最大楼层, 下方标签为当前楼层. 2. `Buttons`: 模拟电梯内部选择楼层的按钮, 按钮为灰色代表此楼层已按下. 3. `当前状态`: 共有三种状态, 停止: `P`, 上升: `↑`, 下降: `↓`; 4. `门状态`: 共有四种, `"Closed`, `Opened`, `Closing`, `Opening"` 5. `开门`: 电梯正在运行时, 无法进行操作. ```c++ void open_door(); void renew_label(); void check_when_run(); void check_when_pause(); void timer_elevator_tick(); // Run every ELEVATOR_TIMER_TICK ms. void cancel_request(int floor); // Recive task request form outside(building), and add it to destO. . // See "send_request()" in class "building". bool recive_request(bool up = true, int floor = 1, bool forceRecive = false); ``` ### building 类 >外部控制窗口, 模拟电梯外部的操作, 继承自 `QWidget` 类 每 100ms 刷新一次状态  1. `Elevators`: 显示所有电梯当前的状态 2. `Floor Buttons`: 每一层楼的上行和下行按钮, 按钮为灰色代表此按钮已被按下. 3. `状态栏`: 显示调度操作 ```c++ void timer_building_tick(); // Run every 0.1s. void renew_label(unsigned int i); // Main func to select elevator(s) and send task request(s) after button clicked. void ele_select_send(bool up = true, int floor = 1); // Caculate every elevator's rating, for elevator selecting. // Only be used in the ELE_SELECT_MODE_1. int ele_rate(bool reqUp, int reqFloor, int eleFloor, int eleStatus); // See "recive_request" in class "elevator". bool send_request(bool up = true, int floor = 1, elevator *ele = nullptr, bool forceRecive = false); ``` ## 调度算法 ### 内部调度算法 每一个电梯内部维护两个表: `<int> destsInside` 和 `<int> destsOutside`, 分别用来储存来自内部按钮的楼层请求和来自电梯外部按钮的请求. #### destsInside 当电梯内部的按钮被按下后, 触发事件, 将按钮代表的楼层添加进数组 `<int> destsInside` 中. #### destsOutside 电梯不主动处理外部按钮的事件, 而是以被动的形式接收外部的请求. 对于每一个外部的按钮按下事件, 用一个组合 `[是否上行, 楼层]` 来记录此任务. 例如按下四楼上行按钮, 则产生任务 `[true, 4]`. `building` 类负责将此任务分配给特定的电梯(下一节叙述这部分). 电梯类拥有一个方法 `void recive_request()`, 这个方法接收三个参数 `bool up = true`, `int floor = 1`, `bool forceRecive = false`. 这个方法用于接受外界的任务请求, 前两个参数描述了该任务, 而第三个参数决定是否强制此方法接受任务. `elevator` 收到任务后, 首先进行判断. 在不强制电梯接受任务 (`forceRecive == false`) 的前提下如果任务请求和电梯状态均为上行, 且电梯当前在该楼层之上或者任务请求和电梯状态均为下行, 且电梯当前在该楼层之下时, 电梯拒绝该请求, 并返回 `false`. 如果电梯接收任务, 会继续判断该任务是否已经在任务列表 `destsOutside` 中, 如果不在, 则向 `destsOutside` 中添加此任务. 添加完成后, 临时添加一次电梯的状态检查 (避免添加任务后等待轮询函数的状态检查带来的滞后). #### timer_elevator_tick() 电梯类有 `void timer_elevator_tick();` 方法, 每 800ms 被触发器 `timer` 触发一次. 这个实现两个功能, 更新电梯状态, 修改 `currentFloor`. 之后根据电梯状态调用不同的检查函数 `check_when_run()` 或 `check_when_pause()`. #### check_when_run() 和 check_when_pause() 这两个方法负责检查电梯状态. 首先合并 `destsInsider` 和 `destsOutsider` 得到 `dests`. 之后判断电梯当前是否已经到达目的地, 如是, 则从对应的列表中删掉该任务. 之后分别判断并更新状态: 1. 停止状态: |电梯当前位置|是否有任务在电梯当前位置之上|是否有任务在电梯当前位置之上|电梯行为| |----|:-----:|:-----:|---| |$总楼层\cfrac{1}{2}$以上|$\checkmark$|$\checkmark$|上升 ↑| |$总楼层\cfrac{1}{2}$以上|$\checkmark$|$\times$|上升 ↑| |$总楼层\cfrac{1}{2}$以上|$\times$|$\checkmark$|下降 ↓| |$总楼层\cfrac{1}{2}$以上|$\times$|$\times$|不变 P| |$总楼层\cfrac{1}{2}$以下|$\checkmark$|$\checkmark$|下降 ↓| |$总楼层\cfrac{1}{2}$以下|$\checkmark$|$\times$|下降 ↓| |$总楼层\cfrac{1}{2}$以下|$\times$|$\checkmark$|上升 ↑| |$总楼层\cfrac{1}{2}$以下|$\times$|$\times$|不变 P| 2. 运行状态: |电梯当前状态|是否有任务在电梯当前位置之上|是否有任务在电梯当前位置之上|电梯行为| |----|:-----:|:-----:|---| |上升 ↑|$\checkmark$|$\checkmark$|不变 ↑| |上升 ↑|$\checkmark$|$\times$|不变 ↑| |上升 ↑|$\times$|$\checkmark$|下降 ↓| |上升 ↑|$\times$|$\times$|停止 P| |下降 ↓|$\checkmark$|$\checkmark$|不变 ↓| |下降 ↓|$\checkmark$|$\times$|不变 ↓| |下降 ↓|$\times$|$\checkmark$|上升 ↑| |下降 ↓|$\times$|$\times$|停止 P| #### cancel_request(int floor) 这个函数是 `dests` 分为两个的原因. 这个函数可以供外部调用, 用于撤销任务请求. ### 内部调度实现 这部分代码见文件 [elevator.cpp](src/elevator.cpp) 81-173行. ### 外部调度算法