操作系统哲学家就餐问题实验报告.docx
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操作系统哲学家就餐问题实验报告.docx
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操作系统哲学家就餐问题实验报告
1、实验目的:
(1)、掌握基本的同步互斥算法,理解哲学家就餐模型。
(2)、了解windows2000/XP中多线程的并发执行机制,线程间的同步和互斥。
(3)、学习使用windows2000/XP中基本的同步对象,掌握相应的API。
2、实验要求
有五个哲学家共用一张放有五把椅子的餐桌,每人坐在一把椅子上,桌子上
有五个碗和五只筷子,每人两边各放一只筷子。
哲学家们是交替思考和进餐,饥饿时便试图取其左右最靠近他的筷子。
条件:
(1)、只有拿到两只筷子时,哲学
家才能吃饭。
(2)、如果筷子已被别人拿走,则必须等别人吃完之后才能拿到筷子。
(3)、任意一个哲学家在自己未拿到两只筷子吃饭前,不会放下手中拿到的筷子。
3、实验环境
硬件:
CPU:
AMDQL64内存:
2GB显卡:
ATI4570硬盘:
日立250G
软件:
Windows2000/XP。
开发工具:
VC++6.0
4、实验内容
1)实现原理
1、利用记录型信号量解决哲学家进餐问题;
2、临界区互斥编程原理。
2)程序结构(流程图)
图1.主程序模块流程图
图2.状态改变模块流程图
是
fftr-“思考
str="等待”1
图3.返回哲学家状态流程图
取谱状态埶;int匚pA-AqetinfoW
stt=,进餐”;
>
L
返回呂丈上■
B
图4返回餐具状态模块流程图
3)数据结构
(1)、定义一个哲学家类,包含两个私有对象和四个公有对象。
(2)、定义函数:
Numbe对象:
哲学家的编号;
Status对象:
保存当前该哲学家的状态,0表示等待,1表示吃饭,2表示思考;
Philosopher©ntnum)方法:
哲学家类构造函数,参数num表示哲学家编号;
find()const方法:
返回该哲学家编号;
getinfo()const方法:
返回哲学家当前状态;
Change()方法:
根据题目要求改变哲学家的状态(等待->进餐->思考)
另外,程序中包含一个公有对象,bool类型数组tools[6],用来保存6把餐具当前状态:
true表示该餐具当前空闲,false表示该餐具当前正被使用。
程序中还包含两个公有函数:
print和toolstatus。
Print用来返回一个哲学家的状态,toolstatus用来返回一个餐具的状态。
4)实现步骤
1)打开VC,选择菜单项File->New,选择Projects选项卡并建立一个名为xwj的win32consoleapplication工程,创建时注意指定创建该工程的目录;
(2)在工程中创建源文件xwj.cpp:
选择菜单项Project->Addtoproject->Files,此时将打开一个新窗口,在其中的“文件名”输入栏中输入自
己想要创建的文件名,这里是xwj.cpp;接着询问是否创建新文件时回答“yes”。
通过Workspace->SourceFiles打开该文件,在其中编辑源文件并保存;
(3)通过调用菜单项Build->Rebuildall进行编译连接,可以在指定的工程目录下得至Udebug->xwj.exe程序。
5、实验测试及分析:
图5.测试结果1
图6.测试结果2
图7.测试结果3
图8.测试结果4
5、结果分析:
(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;
(2)、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;
(3)、让临界资源得到了充分的利用。
6实验心得体会
(1)、这次实验加强了我上网查数检索问题的能力;
(2)、这次实验让我学会分模块解决问题,怎样运用互斥锁对临界资源进行管理;
(3)、这次实验,发现自己在编程上及一些函数的认识仍存在较大的问题,以后应该多多实践,提高自己的反应速度,加强逻辑思维能力。
附录:
源代码
#inelude
#inelude
#inelude
#inelude
#inelude
usingnamespaeestd;
booltools[5];//全局变量,用餐工具
CRITICAL_SECTIONes;//信号量,在线程中使用,临界区elassPhilosopher
{
private:
intnumber;
intstatus;/*标记当前哲学家的状态,0表示正在等待
(即处于饥饿状态),1表示得到两支筷子正在吃饭,2表示正在思考*/
publie:
Philosopher©ntnum=0):
status
(2),number(num){}constintfind()
{
returnnumber;
}
constintgetinfo()
{returnstatus;}
voidChange();//状态改变函数
voiddead_loek();
};_
/////////
voidPhilosopher:
:
dead_loek()
{
EnterCritiealSeetion(&es);//进入临界区
strings;
if(status==1)
tools]number%5]=true;
//tools[(number-1)%5]=true;status=2;
}
elseif(status==2)
{
status=0;
〃tools[(number-1)%5]=false;
〃tools[(number-1)%5]=true;}
elseif(status==0)
{
tools]number%5]=false;
tools[(number-1)%5]=false;status=1;
}
LeaveCriticalSection(&cs);
//cout<<"*********"・
}
/////////
voidPhilosopher:
:
Change()
{
EnterCriticalSection(&cs);//if(status==1)//正在进餐
{tools[number%5]=true;//tools[(number-1)%5]=true;//
进入临界区
放下左手工具
放下右手工具
status=2;//改变状态为思考
}
elseif(status==2)//
{
思考中
status=0;//改变状态为等待
}
elseif(status==0)//
{
if(tools[number%5]&&tools[(number-1)%5])//
空闲状态
{
tools[number%5]=false;//tools[(number-1)%5]=false;//status=1;
}
}
等待中
拿起左手工具
拿起右手工具
左右手两边工具均为
LeaveCriticalSection(&cs);
}
stringprin"Philosopher*pA)
{
〃pA->Change();
inti=pA->getinfo();
stringstr;
if(i==0)
str="等待";
elseif(i==1)
str="就餐";
elsestr="思考";
returnstr;
}
stringtoolstatus(boola)
{
stringstate;
if(a==true)
state="闲";
if(a==false)
state="用";
returnstate;
}
intmain()
{
charcon='y';//判断是否继续
//con='n';
for(inti=0;i<5;i++)
tools[i]=true;//筷子都未使用,初始化
PhilosopherP1
(1),P2
(2),P3(3),P4⑷,P5(5);
InitializeCriticalSection(&cs);//初始化初始化临界区
coutvv"
状态
说明示意图:
——"vvendl;
coutvv"
"vv"哲学家
1号的状态"vv""vvendl;
coutvv"
筷子0的状态"vv"
"vv"
筷子1的状态"vvendl;
coutvv"
哲学家5号的状态"vv"
"vv"
哲学家2号的状态
"vvendl;
coutvv"
筷子4的状态"vv"
"vv"
筷子2的状态"vvendl;
coutvv"
哲学家4号的状态"vv"
"vv"
哲学豕3号的状态"vvendl;
coutvv"
"vv"筷子
3的状态"
vvendl;
//coutvv""<<"哲学家3号的状态"<<""< coutvv"筷子的状态,用表示使用中,闲表示空闲中。 "< coutvv" "< 〃cout<<"哲学家们开始生活: "< 〃cout«"当前状态: "; cout«endl; 〃cin»con; while(con=='y') { Pl.Change();P2.Change();P3.Change();P4.Change(); P5.Change(); cout«"当前状态为: "< cout«""«P1.find()«print(&P1)<<""< cout«""vvtoolstatus(tools[0])vv" "v cout«""«P5.find()«print(&P5)<<" "«P2.find()< cout«""< "< cout«""«P4.find()«print(&P4)<<" "«P3.find()< cout«""< cout«""< coutvv"若要继续下一状态,输入y;输入n进入死锁;输入其他,结束程序: "; cin>>con; Sleep(20); } while(con=='n') { P1.dead」ock(); P2.dead」ock();P3.dead_lock();P4.dead」ock(); P5.dead_lock(); cout«"死锁情况"< cout«""«P1.find()«print(&P1)<<""< cout«""< "< cout«""«P5.find()«print(&P5)<<" "«P2.find()< cout«""< "< cout«""«P4.find()«print(&P4)<<" "«P3.find()< cout«""< cout«""< coutvv"输入n继续;输入其他,结束程序: cin>>con; Sleep(20); 退出资源区 } DeleteCriticalSection(&cs);// return0; }
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