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ava实现

1、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

2、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。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

3、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AND 型信号量要求每个哲学家必须获取两个筷子的时候才

4、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 Semaphored);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。);在筷子类中为筷子设置值为1信号量。room.a

5、cquire();/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();/ 释放右筷子信号量room.release();

6、/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口chopStick = new ChopStick5;for (int i = 0; i < 5; i +) chopStick i = new ChopStick( i );INew出编号0到4的五支筷子。Philosopherph0 =new Philosopher(0,chopStick0,chopStick1);Philosopherph1 =new Philosophe

7、r。chopStick1,chopStick2);Philosopherph2 =new Philosopher(2,chopStick2,chopStick3);Philosopherph3 =new Philosopher(3,chopStick3,chopStick4);Philosopherph4 =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. newFixedThreadPool (5);5位哲学家用餐，所以

8、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)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;this.semaphore = new Semaphore(1);public void setAvai(boolean availab

9、le) 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 (Philosopher.java)public class Philosopher implements Runnableprivate int ID

10、;static Semaphore room = new Semaphore(4);private ChopStick leftStick;private ChopStick rightStick;public Philosopher(int ID, ChopStick cs1, ChopStick cs2) this.ID = ID;this.leftStick = cs1;this.rightStick = cs2;public void getLeftChopStick()public int getId()return ID;public void eat()leftStick.set

11、Avai(false);rightStick.setAvai(false);public void think()public void finishEat()leftStick.setAvai(true);rightStick.setAvai(true);public void readyToEat()public void cannotEat()public void run()tryroom.acquire();this.readyToEat();this.cannotEat();Thread.sleep(1000 * 1);this.eat();Thread.sleep(1000 *

12、2);this.finishEat();room.release();catch(InterruptedException ex) ex.toString();测试 (Test.java)public class Test public static void main(String args)Scanner input = new Scanner(System.in);menu();int choice = input.nextInt();while(choice != 1)if(choice = 0)ChopStick chopStick = new ChopStick5;for(int

13、i = 0; i < 5; i +)chopSticki = new ChopStick(i);ExecutorService excutor = Executors.newFixedThreadPool(5);Philosopher ph0 = new Philosopher(0, chopStick0, chopStick1); excutor.execute(new Philosopher(0, chopStick0, chopStick1); excutor.execute(new Philosopher(1, chopStick1, chopStick2); excutor.e

14、xecute(new Philosopher(2, chopStick2, chopStick3); excutor.execute(new Philosopher(3, chopStick3, chopStick4); excutor.execute(new Philosopher(4, chopStick4, chopStick0);excutor.shutdown();choice = input.nextInt();menu();public static void menu()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