华中科技大学操作系统实验报告

华中科技大学电信学院

操作系统实验报告电子信息与通信学院班级：电信1202班

姓名：XX

学号：U2012133XX

时间：2014年11月5日

实验一哲学家就餐问题

一．实验目的

1.熟悉哲学家就餐问题流程，编译程序，了解程序运行过程。

2.理解利用设置信号量及P、V操作解决进程间的互斥这一方法，并了解其代码实现的

相关方法，提炼出代码的思想（用伪代码表示）。

3.对哲学家就餐问题提出新的解决方式，并简述其实现过程。

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．实验程序流程及分析

1、PhilosopherThread函数源代码

DWORD WINAPI PhilosopherThread(LPVOID pVoid)

{

HANDLE myChopsticks[2];

int iPhilosopher = (int) pVoid;

int iLeftChopstick = iPhilosopher;

int iRightChopstick = iLeftChopstick + 1;

DWORD result;

if (iRightChopstick > PHILOSOPHERS-1)

码分析：

1）在本代码中，为了防止死锁，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中的循环等待条件。

2）在本代码中，想要发生死锁，只需要在有一根筷子时即占用。这样由于资源不可抢占且不可剥夺，因此很容易形成一个循环等待队列，因而产生死锁。

四、思考题：

其他解决死锁的方案：

方案一：至多只允许四个哲学家同时进餐，以保证至少有一个哲学家能够进餐，并释放出他所使用过的两支筷子，从而可使更多的哲学家进餐。将room 作为信号量，只允许4个哲学家同时就餐，这样就能保证至少有一个哲学家可以就餐，而申请就餐的哲学家进入room 的等待队列，根据FIFO的原则，总会进入到餐厅就餐，因此不会出现饿死和死锁的现象。伪码如下：

semaphore chopstick[5]={1，1，1，1，1};

semaphore room=4;

void philosopher(int i)

{

while(true)

{

Think();

wait(room); 数伪代码：

var mutex,wrt:Semaphore;

readcount:integer;

mutex:=wrt:=1; 码运行结果

4.代码分析：

源程序利用P/V操作使得过程不被打断（互斥），使用cobegin/coend实现并行。这样使得程序能够按照正确的逻辑进行。当然，在实际设计时，读和写的优先级应有所不同，一般写操作更为优先。

一、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）的值一般是整形变量，用于进程间相互合作的同步情况。当临界资源的值大于零时，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，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：

通过这次实验，我对C语言的应用有了进一步的巩固，也了解了PV操作在解决同步互斥功能的进一步应用。我也明白了“知易行难”的道理。在课堂上老师已经讲了这个问题，当时也给出了PV操作的伪代码，自己觉得理解了这个代码。但到了上机时，看到较长的源代码时，感到真正的理解具有一定的难度。同时这个代码多次调用了自定义的函数，造成了理解上的困难。

这里使用的是阅读者优先算法，实际问题中可能要采取写入者有限算法更能符合情况。因此，我们在开发程序时要尽可能的使程序全面，比如给用户选择优先级的权力。通过将权力下放给用户，提高用户的使用体验，使我们的程序更具有亲和力与竞争优势。