操作系统实验报告--华科

实验一哲学家就餐问题
一、实验目的
1、熟练使用VC++6.0编译环境，调试并正确运行程序。

2、理解哲学家就餐问题中出现的问题，进而掌握死锁的必要条件。

3、理解源程序中产生和防止死锁的算法，及相关窗口操作。

4、熟悉哲学家就餐问题流程。

5、在VC++6.0环境下编译哲学家就餐问题演示程序，考虑其他解决死锁方法.
二、实验原理
1、问题描述
有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心粉，
每人面前有一只空盘子，每两人之间放一只筷子。

每个哲学
家的行为是思考，感到饥饿，然后吃通心粉。

为了吃通心粉，
每个哲学家必须拿到两只筷子，并且每个人只能直接从自己
的左边或右边去取筷子。

2、分配方式
方式一（不会进入死锁）
仅当一个哲学家左右两边的筷子都可用时，才允许他拿
筷子。

这样要么一次占有两只筷子（所有线程需要的资源）
进行下一步的吃通心粉，然后释放所有的资源；要么不占用资源，这样就不可能产生死锁了。

方式二（会进入死锁）
当筷子（资源）可用时，先分配左边的筷子，等待一会后再分配右边的筷子，由于这个过程中，左边的筷子一直没有释放，就有可能产生死锁了。

3、程序运行说明
程序运行过程中会弹出一个MessageBox提示操作者操作：
1）第一个对话框用于选择运行模式
a．选择yes 表示采用的是运行的防止死锁的方式，这样的话整个程序可以一直运行下去，不会产生死锁。

b．选择no 表示运行产生死锁的方式会弹出第二个对话框。

2）第二个对话框用于选择运行时，线程运行的时间
a. 选择res 线程时间比较短，很快就可以死锁
b．选择no 线程时间跟选择yes 时候的时间差不多，产生死锁的时间稍微长一点。

三、实验过程及分析
1、伪代码：
1) 不发生死锁的方式（要么一下占用两支筷子，要么不占用）
var mutexleftchopstick,mutexrightchopstick;
beging:
resting;
waiting;
p(mutexleftchopstick); //先改变左手筷子信号量
p(mutexrightchopstick); //马上改变右手筷子信号量
GetResource(leftchopstick,rightchopstick);
eating;
v(mutexleftchopstick);
v(mutexrightchopstick);
end
2) 发生死锁的方式（一旦可以占用筷子，就马上占用）
var mutexleftchopstick,mutexrightchopstick;
beging:
resting;
waiting;
p(mutexleftchopstick); //改变左手筷子信号量
GetResource(leftchopstick); //获取左手筷子
p(mutexrightchopstick); //改变右手筷子信号量
GetResource(rightchopstick); //获取右手筷子
eating;
v(mutexleftchopstick);
v(mutexrightchopstick);
end
2、代码分析：
1）不发生死锁的方式：先确定两只筷子均没被占用才获取筷子，这样就打破了死锁的必要条件。

2）发生死锁的方式：有筷子即占用，看似效率很高，但因为资源有限，且不可抢占，很容易发生死锁。

四、思考题
（1）.其他解决死锁的方案
1.一个方法是引入秘书，哲学家必须经过他的允许才能拿起餐叉。

因为秘书知道哪只餐
叉正在使用，所以他能够作出判断避免死锁。

为了演示这种解法，假设哲学家依次标号为A至E。

如果A和C在吃东西，则有四只餐叉在使用中。

B坐在A和C之间，所以两只餐叉都无法使用，而D和E之间有一只空余的餐叉。

假设这时D想要吃东西。

如果他拿起了第五只餐叉，就有可能发生死锁。

相反，如果他征求秘书同意，秘书会让他等待。

这样，我们就能保证下次当两把餐叉空余出来时，一定有一位哲学家可以成功的得到一对餐叉，从而避免了死锁。

相当于引入一个对各进程的调度者，使之有序。

2.规定在拿到左侧的筷子后，先检查右面的筷子是否可用。

如果不可用则先放下左侧筷
子，等一段时间再重复整个过程。

分析：当出现以下情形，在某一个瞬间，所有的哲学家都同时启动这个算法，拿起左侧的筷子，而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……如此这样永远重复下去。

对于这种情况，所有的程序都在运行，但却无法取得进展，即出现饥饿，所有的哲学家都吃不上饭。

3.规定哲学家按顺序就餐，这样虽能避免死锁，但效率不高。

（2）考虑演示程序是怎样实现在随机调度进程时间、控制进程延迟时间、关闭进程时间的，
找出相关函数，变量，并说明。

答：程序是通过运用函数Sleep(P_DELAY)来实现对进程调度、延迟、关闭时间的控制的，其中变量P_DELAY的值为rand()/25*10，其会产生0到1/25*10之间的一个随机数作为随机时间。

五、实验总结
本次实验主要是帮助我们提高阅读理解C语言程序的能力，虽然乍然一看有些难，但经过仔细揣摩分析，还是能基本看懂，对于少数问题，通过小组讨论也得到了解决。

从这次实验中，了解到了对于不同的分配方式，有的可能会导致死锁的发生，而有的则会避免产生死锁。

我们在设计程序时，需全方面考虑此问题，提出解决方法，避免问题发生，这是一个优秀的程序员的基本素质。

实验二阅读者和写入者问题
一、实验目的
1、熟练使用VC++6.0编译环境，调试并正确运行程序。

2、理解阅读者和写入者中出现的问题，进而掌握信号量的使用。

3、理解源程序中管理阅读者和写入者权限的算法，及相关窗口操作。

4、阅读演示程序源代码，熟悉阅读者写入者问题流程；
5、写出ReaderThread()和WriterThread()函数伪码；
二、实验原理
1、问题描述：
有一个公用的数据集，有很多人需要访问，其中
一些需要阅读其中的信息，一些需要修改其中的消
息。

阅读者可以同时访问数据集，而写入者只能互
斥的访问数据集，不能与任何的进程一起访问数据
区。

2、源程序算法实现调度说明：
程序中，实现读者优先的原则，即当有读者等待
时，优先使读者读消息，等到读者阅读完成后再进
行写入操作（不可同时读出和写入，但可以同时多
用户读出）。

当同时又写入和读出等待时，同样先执行读出操作。

3、程序运行说明：
1）本程序主要用于说明阅读者写入者问题中的资源互斥访问的调动策略，并模仿其访问的过程。

采用书上的伪码编制而成，实际上采用的是读优先策略。

2）在本程序中用于表现的图形界面说明：
在程序编译运行后会出现中间一个大的圆圈表示公用的资源，上面一排五个矩形表示5个读者，下面的五个矩形表示五个写入者。

每个读者和写入者都有3种状态，休息，等待和操作（读入或者写入）分别用黑颜色，绿颜色，红颜色表示休息，等待和操作。

一旦操作者获得资源，可以进行读或者写，我们就划一条从操作者中心到资源中心的线，表示开始操作。

三、实验过程及分析
1、伪代码：
var mutex,wrt:Semaphore;
readcount:integer;
mutex:=wrt:=1; //定义初始信号量
readcount:=0; //0位阅读者
cobegin
Readeri:
begin
P(mutex); //创造段，使以下操作不被打断
readcount:=readcount+1; //等待阅读者加一
if readcount=1 then
P(wrt); //标志第一位阅读者，获取写入资源，禁止写入V(mutex);
读数据集；
P(mutex);
readcount:=readcount-1; //等待阅读者减一
if readcount=0 then
V(wrt); //释放写入资源
V(mutex);
End
Writeri:
begin
P(wrt);
写数据集；
V(wrt);
end;
coend
2、代码分析：
源程序很好地管理了并行和互斥，利用P/V操作使得过程不被打断（互斥），使用cobegin/coend实现并行。

但在实际生活中，写入者（通常是管理员）应具有更高权限，设计程序通常应该是写入者优先。

四、思考题
1、程序中使用到了互斥变量和临界资源来实现互斥，这两者在实现机制上有不同吗，若有，是什么不同？
答：互斥变量属于信号量，其值只可以为0或1，主要用于进程间的互斥应用情况，也即“非此即彼”的状况，而临界资源（共享变量）的值可以是整形变量，主要用于进程间相互合作的同步应用情况，其值大于零时表示可用资源数，其值小于零时表示在该信号量上等待的进程数。

2、考虑演示程序是怎样实现在随机调度进程时间、控制进程延迟时间、关闭进程时间的，找出相关函数，变量，并说明。

答：程序是通过运用函数Sleep(P_DELAY)来实现对进程调度、延迟、关闭时间的控制的，其中变量P_DELAY的值为rand()/25*10，其会产生0到1/25*10之间的一个随机数作为随机时间。

五、实验总结
这次实验是对C语言程序阅读能力的进一步检测，因为已经在课堂以及书本上了解了此程序的算法原理，再加上第一次对代码形式有所了解，这一次学习较为轻松。

这里使用的是阅读者优先算法，同时也会有写入者优先算法，而以后在写设计算法的过程中，需要全方面考虑，使阅读者或写入者优先算法交替使用，从而获得最好效果。