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public class BoundeBufferimplements Buffer{private static final intBUFFER_SIZE=5;private Object[] buffer;private int in,out;private Semaphore mutex;private Semaphore empty;private Semaphore full;public BoundeBuffer() {in=0;out=0;buffer=newObject[BUFFER_SIZE];mutex=new Semaphore(1);empty=newSemaphore(BUFFER_SIZE);full=new Semaphore(0); }public void insert(Object item){try{empty.acquire();mutex.acquire();buffer[in]=item;in=(in+1)%BUFFER_SIZE;mutex.release();full.release();}catch(InterruptedExcept ion e){e.printStackTrace();} }public Object remove() {try {full.acquire();mutex.acquire();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}Object item=buffer[out];out=(out+1)%BUFFER_SIZE;mutex.release();empty.release();return item;}//生产者实现public class Producerimplements Runnable{private Buffer buffer;public Producer(Bufferbuffer){this.buffer=buffer;}public void run(){Date message;while(true){SleepUtilities.nap();message=new Date();System.out.println("生产者产生了 "+message);buffer.insert(message);}}}//消费者实现public class Consumerimplements Runnable{private Buffer buffer;public Consumer(Bufferbuffer)this.buffer=buffer; }public void run() {Date message;while(true){SleepUtilities.nap();message=(Date)buffer.r emove();System.out.println("消费者者消费了"+message);//工厂测试类public class Factorypublic static voidmain(String[] args){Buffer buffer=newBoundeBuffer();Thread producer=newThread(newProducer(buffer));Thread consumer=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class ChopStick{boolean available;ChopStick(){available=true;}public synchronized void takeup(){while(!available){try{System.out.println("哲学家等待另一根筷子");wait();}catch(InterruptedException e) {}}available=false;}public synchronized voidputdown(){available=true;notify();}}class Philosopher extends Thread {ChopStick left,right;int phio_num;publicPhilosopher(ChopStickleft,ChopStick right,intphio_num){this.left=left;this.right=right;this.phio_num=phio_num;}public void eat(){left.takeup();right.takeup();System.out.println("哲学家"+(this.phio_num+1)+" 在用餐"); }public void think(){left.putdown();right.putdown();System.out.println("哲学家"+(this.phio_num+1)+" 在思考"); }public void run(){while(true){eat();try{sleep(1000);}catch(InterruptedExceptione){}think();try{sleep(1000);}catch(InterruptedExceptione){}}}}public class WaitNotiExample {public static void main(String[] args){final ChopStick[]chopsticks=new ChopStick[4];final Philosopher[]philos=new Philosopher[4];for(int i=0;i<4;i++) {chopsticks[i]=newChopStick();}for(int i=0;i<4;i++) {philos[i]=newPhilosopher(chopsticks[i],chopsticks[(i+1)%4],i);}for(int i=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。