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

tart();

}

（2）运行结果

五、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。

六、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。