1、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： 121404114 姓 名： 魏 祥 指导教师： 徐向英 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
2、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
3、。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AN
4、D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。static Semaphore room = new Semaphore(4); 设置值为4的记录型信号量，至多只允许四个哲学家同时拿起左筷子。private Semaphore semaphore = new Semaphore(1)
5、;在筷子类中为筷子设置值为1信号量。room.acquire(); /获取值为4的信号量leftStick.getSema().acquire(); /获取左筷子信号量Thread.sleep(1000 * 1); /拿到左筷子之后等待2秒，观察死锁rightStick.getSema().acquire(); /获取右筷子信号量eat();Thread.sleep(1000 * 2); /用完餐后等待2秒，继续思考finishEat();leftStick.getSema().release(); /释放左筷子信号量rightStick.getSema().release(); /释放右筷子
6、信号量room.release(); /释放值为4的信号量当需要演示死锁的情况是，只需要将room.acquire();和room.release();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。ChopStick chopStick = new ChopStick5;for(int i = 0; i 5; i +) chopSticki = new ChopStick(i);New出编号0到4的五支筷子。Philosopher ph0 = new Philosopher(0, chopStick0, chopStick1);Philosopher ph1 = n
7、ew Philosopher(1, chopStick1, chopStick2);Philosopher ph2 = new Philosopher(2, chopStick2, chopStick3);Philosopher ph3 = new Philosopher(3, chopStick3, chopStick4);Philosopher ph4 = new Philosopher(4, chopStick4, chopStick0);New出编号0到4的五位哲学家，他们分别对应着自己的左、右两支筷子。ExecutorService excutor = Executors.newFi
8、xedThreadPool(5);5位哲学家用餐，所以需要5个线程同时执行，创建容量为5的线程池。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;
9、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(P
10、hilosopher.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.leftStic
11、k = 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()
12、+ 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。); public void cannotEat() System.out.println(哲学家 + this.getId() + 缺少筷子，不能用餐，等待。); public
13、void run() try room.acquire(); this.readyToEat(); if(this.leftStick.getSema().availablePermits() = 0 | this.leftStick.getSema().availablePermits() = 0) this.cannotEat(); this.leftStick.getSema().acquire(); Thread.sleep(1000 * 1); this.rightStick.getSema().acquire(); this.eat(); Thread.sleep(1000 * 2
14、); this.finishEat(); this.leftStick.getSema().release(); this.rightStick.getSema().release(); room.release(); catch(InterruptedException ex) ex.toString(); 测试(Test.java)import java.util.concurrent.*;import java.util.Scanner;public class Test public static void main(String args) Scanner input = new S
15、canner(System.in); menu(); int choice = input.nextInt(); while(choice != 1) if(choice = 0) ChopStick chopStick = new ChopStick5; for(int i = 0; i 5; i +) chopSticki = new ChopStick(i); ExecutorService excutor = Executors.newFixedThreadPool(5); Philosopher ph0 = new Philosopher(0, chopStick0, chopSti
16、ck1); excutor.execute(new Philosopher(0, chopStick0, chopStick1); excutor.execute(new Philosopher(1, chopStick1, chopStick2); excutor.execute(new Philosopher(2, chopStick2, chopStick3); excutor.execute(new Philosopher(3, chopStick3, chopStick4); excutor.execute(new Philosopher(4, chopStick4, chopSti
17、ck0); excutor.shutdown(); choice = input.nextInt(); menu(); public static void menu() System.out.println(0: 演示); System.out.println(1: 结束); 五、运行与测试1. 运行界面2. 死锁演示3. 无死锁演示六、心得体会 本次课程设计我总得来说花的时间不是太多，代码加起来一共不超过两百行。我只用了一种思路来完成。思路一完成之后，我也尝试着用思路二完成，但是AND型信号量的问题很难解决，最后便放弃了。拿到课题之前我对哲学家进餐问题了解的还不是很透彻，我利用网络和查询课
18、本彻底搞懂了哲学家进餐问题。并且得到两种解决思路。通过此次的课程设计，我想我对多线程的编程理解更深了一点，虽然说死锁的出现几率不是非常的大，但是还是有可能会出现，一旦出现，程序就会锁在哪里，不能继续执行。所以解决死锁是非常必要的。 由于我在学习java语言的时候，里面有专门降到多线程编程，这对我顺利的完成此次的课程设计有很大的帮助。Jdk里面丰富的类库也省去了我编写线程类和信号量类的功夫。虽然说不必考虑这些，但编写代码的时候我还是遇到了一些问题，多线程的执行和信号量的设置让我话费了一些时间。 总的说，这次课程设计，我只用了一种法案解决了哲学家进餐问题，这让我有点不满意。但独自完成课程设计的感觉还是很畅快的。也让我对多线程，信号量的理解更深了。
