操作系统哲学家问题实验报告.doc

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/缓冲区实现public class BoundeBuffer implements Bufferprivate static final int BUFFER_SIZE=5;private Object buffer;private int in,out;private Semaphore mutex;private Semaphore empty;private Semaphore full;public BoundeBuffer()in=0;out=0;buffer=new ObjectBUFFER_SIZE;mutex=new Semaphore(1);empty=new Semaphore(BUFFER_SIZE);full=new Semaphore(0);public void insert(Object item) try empty.acquire();mutex.acquire();bufferin=item;in=(in+1)%BUFFER_SIZE;mutex.release();full.release(); catch(InterruptedException e) e.printStackTrace();public Object remove()try full.acquire();mutex.acquire(); catch (InterruptedException e) e.printStackTrace();Object item=bufferout;out=(out+1)%BUFFER_SIZE;mutex.release();empty.release();return item;/生产者实现public class Producer implements Runnableprivate Buffer buffer;public Producer(Buffer buffer)this.buffer=buffer;public void run()Date message;while(true)SleepUtilities.nap();message=new Date();System.out.println(生产者 产生了 +message);buffer.insert(message);/消费者实现public class Consumer implements Runnableprivate Buffer buffer;public Consumer(Buffer buffer)this.buffer=buffer;public void run()Date message;while(true)SleepUtilities.nap();message=(Date)buffer.remove();System.out.println(消费者者 消费了 +message);/工厂测试类public class Factory public static void main(String args)Buffer buffer=new BoundeBuffer();Thread producer=new Thread(new Producer(buffer);Thread consumer=new Thread(new Consumer(buffer);producer.start();consumer.start();（2） 运行结果：2. 哲学家进餐问题（1） 具体实现代码class ChopStick boolean available; ChopStick() available=true; public synchronized void takeup() while(!available) try System.out.println(哲学家等待另一根筷子); wait(); catch(InterruptedException e) available=false; public synchronized void putdown() available=true; notify(); class Philosopher extends Thread ChopStick left,right; int phio_num; public Philosopher(ChopStick left,ChopStick right,int phio_num) this.left=left; this.right=right; this.phio_num=phio_num; public void eat() left.takeup(); right.takeup(); System.out.println(哲学家 +(this.phio_num+1)+ 在用餐); public void think() left.putdown(); right.putdown(); System.out.println(哲学家 +(this.phio_num+1)+ 在思考); public void run() while(true) eat(); try sleep(1000); catch(InterruptedException e) think(); try sleep(1000); catch(InterruptedException e) public class WaitNotiExample public static void main(String args) final ChopStick chopsticks=new ChopStick4;final Philosopher philos=new Philosopher4; for(int i=0;i4;i+) chopsticksi=new ChopStick(); for(int i=0;i4;i+) philosi=new Philosopher(chopsticksi,chopsticks(i+1)%4,i); for(int i=0;i4;i+) philosi.start(); （2） 运行结果二、 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。三、 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