操作系统哲学家问题实验报告

1、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 JavaJava 同步解决“哲学家进餐”问题日期：2015-11-52015-11-5 班级：1313 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1.1.“有限缓冲”经典同步问题（1 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

2、，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 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。2.2.“哲学家进餐”问题（1 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

3、，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 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

4、起两只筷子，否则不拿。四、 具体实现1.1.“有限缓冲”经典同步问题 。1 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 =ne

5、w Object BUFFER_SIZE;mutex =new Semaphore(1);empty =new Semaphore( BUFFER_SIZE); full =new Semaphore(0);public void insert(Object item )tryempty .acquire();mutex .acquire();buffer in = item ;in =( in +1)%BUFFER_SIZE;mutex .release();full .release(); catch (InterruptedException e) e .printStackTrace(

6、);public Object remove()try full .acquire();mutex .acquire(); catch (InterruptedException e)public void run()e.printStackTrace();Object item =buffer out ;out =( out +1)%BUFFER_SIZE;mutex .release();empty .release();return item ;/ 生产者实现public class Producer implements Runnableprivate Buffer buffer ;p

7、ublic 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buffer .insert( message );/ 消费者实现public class Consumer implements Runnableprivate Buffer buffer ;public Consumer(Buffer buffer )this

8、 . buffer =buffer ;+message );Date message ;while ( true )SleepUtilities.nap ();message =(Date) buffer .remove();System. out .println( 消费者者 消费了 / 工厂测试类public class Factorypublic static void main(String args )Buffer buffer =new BoundeBuffer();Thread producer =new Thread( new Producer(Thread consumer

9、=new Thread( new Consumer(producer .start();consumer .start();2 2) 运行结果：+message );buffer );buffer ); Factory (1) Java Application C:Pragram IFilesJavajre 1.8.0 51binjavaw.exe(public synchronized void takeup()生产者产生了Sun Nov 22 18:37:24 CST 2015消费者者消费了Sun Nov 22 18:37:24 CST 2015生产者产生了Sun Nov 22 18:37

10、:24 CST 2015生产者产生了Sun Nov22 18:37:27 CST 2015消费者者消费了Sun Nov 2218:37:24 CST 2015消费者者消费了Sun Nov 2218:37:27 CST 2015生产者产生了 生产者产生了 生产者产生了 生产者产生了 生产者产生了 生产者产生了 消费者者消费了Sun Nov 2218:37:29 CST 2015生产者产生了Sun Nov 22 18:37:34CST 2015消费者者消费了Sun Nov 22 18:37:30 CST2015生产者产生了Sun Nov 22 18:37:34 CST 2015消费者者消费了Sun

11、 Nov 22 18:37:32 CST 2015消费者者消费了Sun Nov 22 18:37:32 CST 2015生产者产生了Sun Nov 22 18:37:37 CST 2015消费者者消费了SunNov 22 18:37:32 CST 2015生产者产生了Sun Nov 2218:37:39 CST 2015牛产者产牛了Sun Nov 22 18:37:40CST 20152.2.哲学家进餐问题(i)具体实现代码class ChopStickboolea n available ;ChopStick()available =true ;while (! available )Sun

12、 Nov 22 1837:29 CST 2015Sun Nov22 1837:30 CST 2015Sun Nov22 1837:32 CST 2015Sun Nov22 1837:32 CST 2015Sun Nov22 1837:32 CST 2015Sun Nov 22 1837:32 CST 2015public void run()trySystem. out .println( 哲学家等待另一根筷子 ); wait(); catch (InterruptedException e)available =false ;public synchronized void putdown(

13、) available =true ; notify();class Philosopher extends ThreadChopStick left , right ;int phio_num ;public Philosopher(ChopStick left ,ChopStick right , int this. left=left ;this. right=right ;this.phio_num =phio_numpublic void eat()left .takeup();right .takeup();System. out .println( 哲学家 +( this . p

14、hio_num +1)+ public void think()left .putdown();right .putdown();System. out .println( 哲学家 +( this . phio_num +1)+ phio_num )在用餐 );在思考 );while (true )eat();trysleep (1000); catch (InterruptedExceptione)thi nk();trysleep (1000); catch (InterruptedExceptione)public static void main(Stringargs )publicc

15、lass WaitNotiExamplefinal ChopStickfinal Philosopherchopsticks =new ChopStick4;philos =new Philosopher4;for (int i =0; i 4; i +)chopsticks i = new ChopStick();for (int i =0; i 4; i +)philos i = newPhilosopher( chopsticks i , chopsticks ( i +1)%4, i);for (int i =0; i WaitNotiExample Jav Application C

16、:Program F11esvajre 1 8.0 51 binjjvaw exe（2。朽年11麻学家等待另一根筷子哲学家2在用餐哲学家等待另一根筷子哲学家等待另一根筷子 哲学家1在用餐 哲学家等待另一棍筷子 哲学家2在思考 哲学家等待另一根筷子 哲学家4在用餐 哲学家等待另一根筷子|哲学家1在思考 哲学家等待另一根筷子 哲学家孑在用餐 哲学家等待另一根筷子 哲学家4在思考 哲学家等待另一根筷子二、 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。（