实验二进程同步实验(优.选)

实验二进程同步

一、实验目的：

掌握基本的同步算法，理解经典进程同步问题的本质；学习使用Linux的进程同步机制，掌握相关API的使用方法；能利用信号量机制，采用多种同步算法实现不会发生死锁的哲学家进餐程序。

二、实验平台：

虚拟机：VMWare9以上

操作系统：Ubuntu12.04以上

编辑器：Gedit | Vim

编译器：Gcc

三、实验内容：

（1）以哲学家进餐模型为依据，在Linux控制台环境下创建5个进程，用semget函数创建一个信号量集（5个信号量，初值为1），模拟哲学家的思考和进餐行为：每一位哲学家饥饿时，先拿起左手筷子，再拿起右手筷子；筷子是临界资源，为每一支筷子定义1个互斥信号量；想拿到筷子需要先对信号量做P操作，使用完释放筷子对信号量做V操作。

伪代码描述：

semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1};

•第i位哲学家的活动可描述为：

do{

printf("%d is thinking\n",i);

printf("%d is hungry\n",i);

wait(chopstick［i］); //拿左筷子

wait(chopstick［(i+1) % 5］); //拿右筷子

printf("%d is eating\n",i);

signal(chopstick［i］); //放左筷子

signal(chopstick［(i+1) % 5］); //放右筷子

…

}while[true];

运行该组进程，观察进程是否能一直运行下去，若停滞则发生了什么现象？并分析原因。（2）解决哲学家进餐问题可采用如下方法：a.仅当哲学家的左、右两只筷子均可用时，才允许他拿起筷子进餐；b.至多只允许有4位哲学家同时去拿左边的筷子，最终能保证至少有一位哲学家能够进餐；c.规定奇数号哲学家先拿起他左手的筷子，然后再拿起他右手的筷子，而偶数号哲学家则先拿起他右手的筷子，然后再拿起他左手的筷子。方法a在示例程序中给出，请用方法b和c写出不会发生死锁的哲学家进餐程序。

（3）设计程序，实现生产者/消费者进程(线程)的同步与互斥。在该程序中创建4个进程（或线程）模拟生产者和消费者，实现进程(线程)的同步与互斥。

实验结果：

使用a方法结果哲学家就餐问题

使用b方法解决哲学家就餐问题

源码如下：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

union semun

{

int val;

struct semid_ds *buf;

unsigned short *array;

struct seminfo *_buf;

};

#define ERR_EXIT(m) \

do { \

perror(m); \

exit(EXIT_FAILURE); \

} while(0)

//获取互斥信号量

void wait_mutex(int mutex)

{

struct sembuf sb={0,-1,0};

semop(mutex,&sb,1);//对互斥信号量进行操作}

//取得筷子

void wait_v(int semid,int num)

{

struct sembuf sb={num,-1,0};

semop(semid,&sb,1);

}

//释放筷子

void signal_p(int semid,int num)

{

struct sembuf sb={num,1,0};

semop(semid,&sb,1);

}

//释放互斥变量mutex

void signal_mutex(int semid0)

{

struct sembuf sb={0,1,0};

semop(semid0,&sb,1);

}

//ph函数

void ph(int num,int semid,int semid0)

{

int left=num;

int right=(num+1)%5;

for(;;)

{

printf("%d is thinking\n",num);

sleep(1);

printf("%d is hungry\n",num);

sleep(1);

//wait操作，控制哲学家最多4人能进餐

wait_mutex(semid0);

wait_v(semid,left);

wait_v(semid,right);

printf("%d is eating\n",num);

sleep(1);

//signal操作

signal_p(semid,right);//释放右筷子

signal_p(semid,left);//释放左快子

signal_mutex(semid0);//释放互斥信号量

}

}

//主函数

int main(int argc,char *argv[])

{

int semid,semid0;

//创建两个信号量集

semid0=semget(IPC_PRIV A TE,1,IPC_CREAT | 0666);

semid=semget(IPC_PRIV A TE,5,IPC_CREAT | 0666);

//

union semun su;

su.val=1;

int i;

for(i=0;i<5;i++)

{

//semctl()系统调用在一个信号量集(或集合中的单个信号量)上执行各种控制操作semctl(semid,i,SETV AL,su);

}

//设定semid0信号量的初始值

union semun su0;

su0.val=4;

semctl(semid0,0,SETV AL,su0);

//创建4个子进程

int num=0;

pid_t pid;

for(i=1;i<5;i++)

{