操作系统课程设计利用多线程和信号量解决哲学家进餐问题 java实现

操作系统课程设计

课程设计报告

课题：利用信号量和多线程机制实现“哲学家进餐”问题

所在学院：信息工程学院

班级：计科1201

学号：*********

*名：**

指导教师：***

2015年1月1日

目录

一、课程设计目标 (3)

二、课题内容 (3)

三、设计思路 (3)

四、源代码 (5)

五、运行与测试 (9)

六、心得体会 (10)

一、课程设计目标

学习多线程编程，使用线程的同步机制实现“哲学家进餐”问题。具体要求：1.创建POSIX线程，实现多线程的并发执行，验证多线程共享进程资源的特性。

2.使用互斥量和条件变量，或使用信号量实现线程的同步互斥。

3. 验证“ 哲学家进餐”问题中的死锁情况，并加以解决。

二、课题内容

哲学家进餐问题由Dijkstra提出，问题描述有五个哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围的五张椅子上，在圆桌上有五个碗和五支筷子，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐。平时，一个哲学家进行思考，饥饿时便试图取用其左右最靠近他的筷子，只有在他拿到两只筷子时才能进餐。进餐完毕，放下筷子继续思考。

本次课题要求使用多线程和信号量解决哲学家进餐问题。并演示产生死锁的情况。

三、设计思路

经分析可知，放在桌子上的筷子是临界资源，在一段时间内只允许以为哲学家使用。为了实现对筷子的互斥，可以用一个信号量表示一只筷子，由着五个信号量构成信号量数组。

当哲学家饥饿时总是先去拿左筷子，成功后在拿右筷子。当五位哲学家同时拿起左筷子，这是每位哲学家都没有右筷子可以拿，就会造成死锁。

思路1：利用记录型信号量

设置值为4的记录型信号量，至多只允许四位哲学家同时去拿左筷子(leftStick.getSema().acquire())，只有拿到左筷子，才能继续拿右筷子(rightStick.getSema().acquire())。拿到两双筷子之后便可以用餐，用餐完毕，先放下左筷子(leftStick.getSema().release())，再放下右筷子(rightStick.getSema().release())。这样便可以避免思索问题。

思路2：利用AND型信号量

要求每个哲学家必须获取两个筷子的时候才能够进餐，只得到一只筷子不能进餐时，要求释放那一只筷子。可以使用AND型信号量将左筷子和右筷子信号量的获取组成一个原子操作。如此也可以避免死锁问题。

本次课程设计是在windows系统下完成，编程语言为java，开发环境:Eclipse。

由于在java语言中使用记录型信号量更为方便，所以本次课题我使用的是思路一。

这两行注释掉，取消至多只允许四位哲学家一起拿起左筷子的限制，就会产生死锁。

四、源代码

//在Windows下运行,

筷子类(ChopStick.java)

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class ChopStick {

private int ID;

private boolean available;

private Semaphore semaphore = new Semaphore(1);

public ChopStick(int ID){

this.ID = ID;

this.available = true;

this.semaphore = new Semaphore(1);

}

public void setAvai(boolean available){

this.available = available;

}

public boolean getAvai(){

return this.available;

}

public Semaphore getSema(){

return this.semaphore;

}

public void setSema(Semaphore sema){

this.semaphore = sema;

}

public int getId(){

return this.ID;

}

}

哲学家类(Philosopher.java)

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class Philosopher implements Runnable{

private int ID;

static Semaphore room = new Semaphore(4);

private ChopStick leftStick;

private ChopStick rightStick;

public Philosopher(int ID, ChopStick cs1, ChopStick cs2){

this.ID = ID;

this.leftStick = cs1;

this.rightStick = cs2;

}

public void getLeftChopStick(){

this.leftStick.setAvai(false);

}

public int getId(){

return ID;

}

public void eat(){

leftStick.setAvai(false);

rightStick.setAvai(false);

System.out.println("哲学家"+ this.getId() + "正在用餐。。。");

}

public void think(){

System.out.println("哲学家" + this.getId() + "正在思考。。。");

}

public void finishEat(){

System.out.println("哲学家" + this.getId() + "用餐结束,正在思考。。。");

leftStick.setAvai(true);

rightStick.setAvai(true);

}

public void readyToEat(){

System.out.println("哲学家" + this.getId() + "饿了准备用餐。。。");

}