实验二进程同步实验

1、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

2、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 chopstick5=1,1,1,1,1; 第i位哲学家的活动可描述为： do printf("%d is thinkingn",i); printf("%d is hungryn",i); wait(chopsticki); /拿左筷子 wait(chopstick(i+1) % 5); /拿右筷子 printf("%d is eatingn",i); signal(chopsticki); /放左筷子 signal(chopstick(i

3、+1) % 5); /放右筷子 whiletrue; 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

4、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 <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <stdint.h>#include <stdbool.h>#include <errno.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#incl

5、ude <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>#include <sys/wait.h>union semunint 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);

6、/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mutexvoid signal_mutex(int semid0)struct sembuf sb=0,1,0;semop(semid0,&sb,1);/ph函数void ph(int num,int semid,i

7、nt semid0)int left=num;int right=(num+1)%5;for(;)printf("%d is thinkingn",num);sleep(1);printf("%d is hungryn",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 eatingn",num);sleep(1);/signal操作signal_p(semid,right)

8、;/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_PRIVATE,1,IPC_CREAT | 0666);semid=semget(IPC_PRIVATE,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

9、制操作semctl(semid,i,SETVAL,su);/设定semid0信号量的初始值union semun su0;su0.val=4;semctl(semid0,0,SETVAL,su0);/创建4个子进程int num=0;pid_t pid;for(i=1;i<5;i+)pid=fork();if(pid<0) ERR_EXIT("fork");if(pid=0) num=i;break;/第num个哲学家要做的事ph(num,semid,semid0);return 0;执行结果使用c方法解决哲学家就餐问题#include <stdio.h&

10、gt;#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <stdint.h>#include <stdbool.h>#include <errno.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>#include <sys/wait.h>union semunin

11、t val;struct semid_ds *buf;unsigned short *array;struct seminfo *_buf;#define ERR_EXIT(m) do perror(m); exit(EXIT_FAILURE); while(0)/取得筷子void wait_v(int semid,int num)struct sembuf sb=num,-1,0;semop(num,&sb,1);/释放筷子void signal_p(int semid,int num)struct sembuf sb=num,-1,0;semop(num,&sb,1);/科

12、学家要做的事void ph(int semid,int num)for(;)/死循环/判断哲学家的编号是奇数还是偶数/奇数先申请左边的筷子，偶数先申请右边的筷子if(num%2!=0)/判断奇数printf("%d is thinkingn",num);sleep(1);printf("%d is hungryn",num);sleep(1);/wait操作wait_v(semid,num);wait_v(semid,(num+1)%5);printf("%d is eatingn",num);sleep(1);/signal操作si

13、gnal_p(semid,(num+1)%5);signal_p(semid,num);if(num%2=0)/判断偶数printf("%d is thinkingn",num);sleep(1);printf("%d is hungryn",num);sleep(1);/wait操作wait_v(semid,(num+1)%5);wait_v(semid,num);/signal操作signal_p(semid,num);signal_p(semid,(num+1)%5);int main(int argc,char *argv)int semid;/

14、创建5个信号量semid=semget(IPC_PRIVATE,5,IPC_CREAT | 0666);union semun su;su.val=1;int i;for(i=0;i<5;i+)/注意第二个参数也是索引semctl(semid,i,SETVAL,su);/创建4个子进程pid_t pid;int num=5;for(i=0;i<4;i+)pid=fork();if(pid<0) ERR_EXIT("fork");if(pid=0) num=i;break;/哲学家要做的事ph(semid,num);return 0;生产者和消费者的同步与互

15、斥源代码如下：#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>#include <semaphore.h>#define N 2 / 消费者或者生产者的数目#define M 10 / 缓冲数目int in = 0; / 生产者放置产品的位置int out = 0; / 消费者取产品的位置int buffM = 0; / 缓冲初始化为0， 开始时没有产品sem_t empty_sem; / 同步信号量， 当满了时阻止生产者放产品se

16、m_t full_sem; / 同步信号量， 当没产品时阻止消费者消费pthread_mutex_t mutex; / 互斥信号量， 一次只有一个线程访问缓冲int product_id = 0; /生产者idint prochase_id = 0; /消费者id/* 打印缓冲情况 */void print()int i;for(i = 0; i < M; i+) printf("%d ", buffi);printf("n");/* 生产者方法 */ void *product()int id = +product_id;while(1) / 用

17、sleep的数量可以调节生产和消费的速度，便于观察 sleep(1); /sleep(1); sem_wait(&empty_sem); pthread_mutex_lock(&mutex); in = in % M; printf("product%d in %d. like: t", id, in); buffin = 1; print(); +in; pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&full_sem); /* 消费者方法 */void *prochase()int id = +procha

18、se_id;while(1) / 用sleep的数量可以调节生产和消费的速度，便于观察 sleep(1);/sleep(1); sem_wait(&full_sem); pthread_mutex_lock(&mutex); out = out % M; printf("prochase%d in %d. like: t", id, out); buffout = 0; print(); +out; pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&empty_sem);int main()pthread_t i

19、d1N;pthread_t id2N;int i;int retN;/ 初始化同步信号量int ini1 = sem_init(&empty_sem, 0, M); int ini2 = sem_init(&full_sem, 0, 0); if(ini1 && ini2 != 0) printf("sem init failed n"); exit(1); /初始化互斥信号量 int ini3 = pthread_mutex_init(&mutex, NULL);if(ini3 != 0) printf("mutex init failed n"); exit(1); / 创建N个生产者线程for(i = 0; i < N; i+) reti = pthrea