操作系统哲学家问题.docx
- 文档编号:14010008
- 上传时间:2023-06-20
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:112.47KB
操作系统哲学家问题.docx
《操作系统哲学家问题.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《操作系统哲学家问题.docx(12页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
操作系统哲学家问题
操作系统哲学家问题实验报告
实验报告三
实验名称:
一、调试验证“有限缓冲”经典同步问题
二、利用Java同步解决“哲学家进餐”问题
日期:
2015-11-5班级:
13级计科学号:
姓名:
一、实验目的
1.了解信号量的使用
2.掌握正确使用同步机制的方法
3.实现生产者消费者进程的互斥与同步
4.实现java同步解决“哲学家进餐”问题
二、实验内容
1.调试验证“有限缓冲”经典同步问题
2.利用Java同步解决“哲学家进餐”问题
三、项目要求与分析
1.“有限缓冲”经典同步问题
(1)问题描述
有一群生产者进程在生产产品,此产品提供给消费者去消费。
为使生产者和消费者进程能并发执行,在它们之间设置一个具有n个缓冲池,生产者进程可将它所生产的产品放入一个缓冲池中,消费者进程可从一个缓冲区取得一个产品消费。
(2)问题分析
设两个同步信号量:
一个说明空缓冲区的数目,用empty表示,初值为有界缓冲区的大小N,另一个说明已用缓冲区的数目,用full表示,初值为0。
由于在执行生产活动和消费活动中要对有界缓冲区进行操作。
有界缓冲区是一个临界资源,必须互斥使用,所以另外还需要设置一个互斥信号量mutex,其初值为1。
2.“哲学家进餐”问题
(1)问题描述
假如所有的哲学家都同时拿起左侧筷子,看到右侧筷子不可用,又都放下左侧筷子,等一会儿,又同时拿起左侧筷子,如此这般,永远重复。
对于这种情况,即所有的程序都在无限制地运行,但是都无法得到任何进展,即出现饿死,所有的哲学家都吃不上饭。
规定在拿起左侧的筷子后,先检查右面的筷子是否可用。
如果不可用,则放下左侧的筷子,等一段时间后再重复整个过程。
(2)问题分析
当出现以下情形,在某一瞬间,所有的哲学家都同时启用这个算法,拿起左侧的筷子,而看到右侧筷子都不可用,又都放下左侧筷子,等一会儿,又同时拿起左侧筷子……如此永远重复下去。
对于这种情况,所有的程序都在运行,但却都无法取得进展,即出现饿死,所有的哲学家都吃不上饭。
解决死锁问题:
为了避免死锁,把哲学家分为三种状态:
思考,饥饿(等待),进食,并且一次拿起两只筷子,否则不拿。
四、具体实现
1.“有限缓冲”经典同步问题。
(1)具体实现代码
//缓冲区实现
publicclassBoundeBufferimplementsBuffer
{
privatestaticfinalintBUFFER_SIZE=5;
privateObject[]buffer;
privateintin,out;
privateSemaphoremutex;
privateSemaphoreempty;
privateSemaphorefull;
publicBoundeBuffer()
{
in=0;
out=0;
buffer=newObject[BUFFER_SIZE];
mutex=newSemaphore
(1);
empty=newSemaphore(BUFFER_SIZE);
full=newSemaphore(0);
}
publicvoidinsert(Objectitem)
{
try
{
empty.acquire();
mutex.acquire();
buffer[in]=item;
in=(in+1)%BUFFER_SIZE;
mutex.release();
full.release();
}catch(InterruptedExceptione)
{e.printStackTrace();}
}
publicObjectremove()
{
try{
full.acquire();
mutex.acquire();
}catch(InterruptedExceptione)
{
e.printStackTrace();
}
Objectitem=buffer[out];
out=(out+1)%BUFFER_SIZE;
mutex.release();
empty.release();
returnitem;
}
//生产者实现
publicclassProducerimplementsRunnable
{
privateBufferbuffer;
publicProducer(Bufferbuffer)
{
this.buffer=buffer;
}
publicvoidrun()
{
Datemessage;
while(true)
{
SleepUtilities.nap();
message=newDate();
System.out.println("生产者产生了"+message);
buffer.insert(message);
}
}
}
//消费者实现
publicclassConsumerimplementsRunnable
{
privateBufferbuffer;
publicConsumer(Bufferbuffer)
{
this.buffer=buffer;
}
publicvoidrun()
{
Datemessage;
while(true)
{
SleepUtilities.nap();
message=(Date)buffer.remove();
System.out.println("消费者者消费了"+message);
//工厂测试类
publicclassFactory
{
publicstaticvoidmain(String[]args)
{
Bufferbuffer=newBoundeBuffer();
Threadproducer=newThread(newProducer(buffer));
Threadconsumer=newThread(newConsumer(buffer));
producer.start();
consumer.start();
}
(2)运行结果:
2.哲学家进餐问题
(1)具体实现代码
classChopStick
{
booleanavailable;
ChopStick()
{
available=true;
}
publicsynchronizedvoidtakeup()
{
while(!
available)
{
try
{
System.out.println("哲学家等待另一根筷子");
wait();
}catch(InterruptedExceptione)
{}
}
available=false;
}
publicsynchronizedvoidputdown()
{
available=true;
notify();
}
}
classPhilosopherextendsThread
{
ChopStickleft,right;
intphio_num;
publicPhilosopher(ChopStickleft,ChopStickright,intphio_num)
{
this.left=left;
this.right=right;
this.phio_num=phio_num;
}
publicvoideat()
{
left.takeup();
right.takeup();
System.out.println("哲学家"+(this.phio_num+1)+"在用餐");
}
publicvoidthink()
{
left.putdown();
right.putdown();
System.out.println("哲学家"+(this.phio_num+1)+"在思考");
}
publicvoidrun()
{
while(true)
{
eat();
try
{
sleep(1000);
}catch(InterruptedExceptione){}
think();
try
{
sleep(1000);
}catch(InterruptedExceptione){}
}
}
}
publicclassWaitNotiExample
{
publicstaticvoidmain(String[]args)
{
finalChopStick[]chopsticks=newChopStick[4];
finalPhilosopher[]philos=newPhilosopher[4];
for(inti=0;i<4;i++)
{
chopsticks[i]=newChopStick();
}
for(inti=0;i<4;i++)
{
philos[i]=newPhilosopher(chopsticks[i],chopsticks[(i+1)%4],i);
}
for(inti=0;i<4;i++)
{
philos[i].start();
}
(2)运行结果
二、所遇问题与解决方法
1.问题
最初设想当筷子可用是,先分配左边的筷子,等待一会额再分配右边的筷子,由于这个算法过程中,会出现左边的筷子一直被占用着得不到释放,就有可能出现死锁的情况,该算法不可行。
2.解决
仅当一个哲学家左右的筷子都可用时,才允许他拿起筷子。
这样要么只有一次占用两只筷子在吃面,然后释放所有的资源;要么不占用资源。
该算法可行。
三、实验总结
1.“有限缓冲”经典同步问题
(1)本次实验是关于生产者与消费者之间互斥和同步的问题。
问题的是指是P、V操作,实验设一个共享缓冲区,生产者和消费者互斥的使用,当一个线程使用缓冲区的时候,另一个让其等待直到前一个线程释放缓冲区为止。
(2)实验中包含的知识点很多,包括临界区资源共享问题、信号量定义、PV操作流程、进程间的通信方式(消息传递和共享内存)、进程同步和互斥、信号量机制解决进程之间的同步与互斥问题等等。
(3)通过本实验设计,我们对操作系统的P、V进一步的认识,深入的了解P、V操作的实质和其重要性。
课本的理论知识进一步阐述了现实中的实际问题。
2.哲学家进餐问题
(1)程序分为四大模块,一步步解决了哲学家状态及状态改变的问题,筷子的“闲”、
“用”问题;实现了哲学家等待、吃饭、思考三个过程的转换循环,并且避免了死锁问题;让临间资源得到了充分的利用。
(2)这次实验让我学会分模块解决问题,怎样利用互斥锁对临间资源进行管理;此
外自己在编程上以及一些函数的认识上存在较大的问题,以后应该多多实践,提高自己的反应速度,加速逻辑思维能力。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 操作系统 哲学家 问题