Simulação de Aeroporto

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📖 Descrição

Este projeto é uma simulação de aeroporto desenvolvida em C++ utilizando as bibliotecas SDL2 e SDL2_ttf. A aplicação permite configurar parâmetros como tempo de pouso, desembarque, decolagem, intervalo entre aviões, número de pistas e quantidade de aviões. Após a configuração, a simulação visualiza o processo de aterrissagem e decolagem dos aviões de maneira dinâmica, gerenciando múltiplas pistas através de semáforos para evitar conflitos.

🚀 Funcionalidades

• Configuração Personalizada: Ajuste os tempos de pouso, desembarque, decolagem e intervalo entre aviões, bem como o número de pistas e aviões.
• Simulação Realista: Aviões aterrissam, desembarcando passageiros, decolam e liberam pistas automaticamente.
• Gestão de Pistas: Utilização de semáforos para gerenciar o acesso às pistas, evitando colisões.
• Interface Intuitiva: Interface gráfica amigável para facilitar a configuração e observação da simulação.

🔧 Requisitos

Antes de compilar e executar o projeto, certifique-se de que seu sistema atende aos seguintes requisitos:

• Linguagem de Programação: C++17
• Compilador: Apesar de indicar o uso do GCC/G++ versão 14 ou superior, acredito que funcione com versões mais antigas, todavia isso não foi testado.
  • macOS: GCC/G++ versão 14 ou superior
  • Linux: GCC/G++ versão 14 ou superior
  • Windows: MinGW ou outro compilador compatível com C++17
• Bibliotecas: Escolha a versão mais atualizada do SDL2 para o seu sistema (não SDL3).
  • SDL2
  • SDL2_ttf
  • Nos #includes, para macOS não é necessário utilizar o SDL2/ antes de SDL.h ou SDL_ttf.h. Porém em outros sistemas operacionais isso será necessário, tome esse cuidado.
• Outros:
  • Threads e Semáforos: Implementados conforme os conceitos de Sistemas Operacionais.

📦 Instalação

1. Instalar as Bibliotecas SDL2 e SDL2_ttf

macOS com Apple silicon

A instalação manual das bibliotecas é necessária no macOS. Siga os passos abaixo:

1. Baixe as bibliotecas:

• SDL2
• SDL2_ttf

2. Localize os arquivos baixados.

• Ao abrir o .dmg um folder nome_da_biblioteca.framework estará presente.

4. Copie as frameworks para o diretório /Library/Frameworks/:

   • Navegue até seu /Library/Frameworks/
   • Se utilizar o terminal, no diretório /Library/ você pode utilizar o comando abaixo para abrir o local no finder:

   open -R Frameworks/

   • Com essa pasta aberta no finder você pode arrastar o framework das bibliotecas do SDL2 direto para o seu /Library/Frameworks/.

Linux

No Linux, você pode instalar as bibliotecas SDL2 e SDL2_ttf utilizando o gerenciador de pacotes da sua distribuição. Abaixo estão os comandos para as distribuições baseadas em Debian/Ubuntu:

sudo apt update
sudo apt install libsdl2-dev libsdl2-ttf-dev

Windows

No Windows, siga os passos abaixo para instalar as bibliotecas SDL2 e SDL2_ttf:

1. Baixe as bibliotecas:

   • Download SDL2 (Selecione a versão de desenvolvimento para MinGW ou Visual Studio, conforme seu compilador)
   • Download SDL2_ttf

2. Extraia os arquivos baixados.

3. Configure o compilador:

   • Para MinGW:
     • Copie os arquivos .dll para a pasta onde está o executável do seu projeto ou para C:\MinGW\bin.
     • Inclua os diretórios include e lib no seu projeto ou nas variáveis de ambiente do sistema.
   • Para Visual Studio:
     • Siga as instruções de integração específicas para Visual Studio disponíveis na documentação das bibliotecas.

🛠️ Compilação

Com as dependências instaladas, você pode compilar o projeto usando os seguintes comandos conforme o sistema operacional:

📄 Explicação do Comando

• g++-14 / g++: Invoca o compilador GCC/G++.
• -std=c++17: Define o padrão C++17.
• main.cpp aviao.cpp semaforo.cpp utils.cpp: Arquivos de código-fonte a serem compilados.
• -I./include: Inclui o diretório include para cabeçalhos personalizados.
• macOS:
  • -I/Library/Frameworks/SDL2.framework/Headers -I/Library/Frameworks/SDL2_ttf.framework/Headers: Inclui os cabeçalhos das frameworks SDL2 e SDL2_ttf.
  • -F/Library/Frameworks: Indica o diretório onde as frameworks estão localizadas.
  • -framework SDL2 -framework SDL2_ttf: Liga as frameworks SDL2 e SDL2_ttf.
• Linux:
  • -lSDL2 -lSDL2_ttf: Liga as bibliotecas SDL2 e SDL2_ttf.
• Windows:
  • Depende da configuração do compilador, geralmente inclui caminhos para include e lib e linka as bibliotecas SDL2 e SDL2_ttf.
• -pthread: Liga a biblioteca pthread para suporte a multithreading.
• -o main: Define o nome do executável de saída como main.

macOS

g++-14 -std=c++17 main.cpp aviao.cpp semaforo.cpp utils.cpp \
    -I./include -I/Library/Frameworks/SDL2.framework/Headers -I/Library/Frameworks/SDL2_ttf.framework/Headers \
    -F/Library/Frameworks \
    -framework SDL2 -framework SDL2_ttf -pthread -o main

Linux

g++ -std=c++17 main.cpp aviao.cpp semaforo.cpp utils.cpp \
    -I./include \
    -lSDL2 -lSDL2_ttf -pthread -o main

Windows (Usando MinGW)

g++ -std=c++17 main.cpp aviao.cpp semaforo.cpp utils.cpp \
    -I./include -I"C:/Path/To/SDL2/include" -I"C:/Path/To/SDL2_ttf/include" \
    -L"C:/Path/To/SDL2/lib" -L"C:/Path/To/SDL2_ttf/lib" \
    -lSDL2 -lSDL2_ttf -pthread -o main.exe

Nota: Substitua C:/Path/To/ pelo caminho real onde as bibliotecas SDL2 e SDL2_ttf estão instaladas no seu sistema.

OBS: Normalmente eu faria um Makefile que já deixasse isso facilitado, porém no ambiente do macOS, ao utilizar um Makefile, estava ocorrendo conflítuo entre o diretório onde as bibliotecas de C++ estão instaladas e os frameworks da SDL2, por isso foi necessário utilizar comandos diretos como esses.

▶️ Execução

Após a compilação bem-sucedida, execute o programa com o seguinte comando conforme o sistema operacional:

macOS e Linux

./main

Windows

main.exe

🛠️ Uso

1. Configuração:

   • Ajuste os parâmetros desejados utilizando os botões "+" e "-" na interface de configuração:
     • Tempo de Pouso (s): Tempo que o avião leva para pousar.
     • Tempo de Desembarque (s): Tempo para desembarcar passageiros após o pouso.
     • Tempo de Decolagem (s): Tempo que o avião leva para decolar após desembarcar.
     • Tempo entre Aviões (s): Intervalo entre a chegada de cada avião (mínimo de 4 segundos).
     • Número de Pistas: Quantidade de pistas disponíveis para pouso e decolagem (máximo de 3).
     • Número de Aviões: Quantidade total de aviões na simulação.

2. Iniciar Simulação:

   • Clique no botão "Play" para iniciar a simulação.
   • Observe os aviões aterrissando, aguardando o desembarque de passageiros, decolando e liberando pistas conforme as configurações definidas.

🧰 Tecnologias Utilizadas

• Linguagem de Programação: C++17
• Bibliotecas:
  • SDL2 Biblioteca para desenvolvimento de aplicações multimídia.
  • SDL2_ttf: Extensão da SDL2 para renderização de fontes TrueType.
• Threads e Semáforos: Implementados utilizando a biblioteca pthread e mecanismos de sincronização para gerenciar a concorrência.

📂 Estrutura do Projeto

project/
├── README.md
├── arial.ttf
├── aviao.cpp
├── aviao.h
├── main.cpp
├── pista.h
├── semaforo.cpp
├── semaforo.h
├── utils.cpp
└── utils.h

🧵 Implementação de Threads e Semáforos

Este projeto utiliza threads e semaforos para gerenciar a concorrência entre os aviões que tentam acessar as pistas de pouso e decolagem. A implementação segue os conceitos aprendidos na disciplina de Sistemas Operacionais.

Threads

• Definição: Cada avião é representado por uma thread independente, responsável por sua movimentação e processos de pouso, desembarque, decolagem e liberação de pista.
• Implementação:
  • Arquivo: aviao.cpp e aviao.h
  • Cada thread simula o voo do avião, gerenciando seu estado e interações com as pistas.

Semáforos

• Definição: Semáforos são utilizados para controlar o acesso às pistas, garantindo que apenas um número limitado de aviões possa pousar ou decolar simultaneamente.
• Implementação:
  • Arquivo: semaforo.cpp e semaforo.h
  • A classe Semaforo implementa os métodos esperar e notificar para controlar a disponibilidade das pistas.
  • As threads dos aviões utilizam esses métodos para adquirir e liberar pistas de forma sincronizada.

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📝 Notas Finais

• Performance: O programa foi otimizado para rodar a aproximadamente 60 FPS, proporcionando uma simulação suave e de fácil compreensão.

• Multiplataforma: Embora a instalação das bibliotecas SDL2 e SDL2_ttf difira entre os sistemas operacionais, o projeto foi desenvolvido para ser compatível com macOS, Linux e Windows. Certifique-se de seguir as instruções de instalação específicas para o seu sistema.

• Bom senso: O programa funciona muito bem para o que se propõe, porém é claro que haveerão limites para seu desempenho. Por isso, ao selecionar quantos aviões e os tempos de simulação, seja razoável.

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🎓 Sobre o Projeto

Este projeto foi desenvolvido como parte do curso SSC0140 – Sistemas Operacionais I da Universidade de São Paulo - ICMC, sob a orientação da Profª Kalinka Regina Lucas Jaquie Castelo Branco. O objetivo principal foi implementar conceitos de threads e semaforos em um aplicativo prático, demonstrando a aplicação desses conceitos em um contexto realista de gerenciamento de recursos concorrentes.