2023年操作系统哲学家问题实验报告

实验报告三实验名称：・、调实验证“有限缓冲”经典同步问题二、运用Java同步解决“哲学家进餐”问题日期：2023-11-5班级：13级计科学号:姓名：一、实验目的.了解信号量的使用.掌握对的使用同步机制的方法.实现生产者消费者进程的互斥与同步.实现java同步解决“哲学家进餐〃问题二、实验内容.调实验证“有限缓冲”经典同步问题.运用Java同步解决“哲学家进餐”问题三、项目规定与分析.“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，此产品提供应消费者去消费。为使生产者和消费者进程能并发执行，在它们之间设立：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表达，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表达,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。有界缓冲区是个临界资源，必须互斥使用，所以此外还需要设立一个互斥信号量mutex,其初值为1。。while(true)«t();try{o。sLeep(1000);}catch(InterruptedExceptione){}。sthink()；。tny0{osLeep(1000);a}catch(InterruptedExceptione){})}}publicclassWaitNotiExample{pub1icstaticvoidmain(String[]args){»finalChopStick[]chopsticks=newChopStick[4]；®ofinalPhilosopher[]philos=newPhilosopher[4];for(inti=0；iV4;i++)chopsticks[i]=newChopStick();}for(inti=0;i<4;i++)。phi1os[i]=newPhi1osopher(chopsticks[i],chopsticks[(i+l)%4],i);}for(inti=0;i<4;i++){，philos[i].start()；}(2)运营结果：terminated>WaitNotiExample[JavaApplication]C:\ProgramFiles\Java\jre1.8.051\bin\javaw.exe(2015年11哲学家等待另一根筷子一哲学家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根筷子哲学家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3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，先分派左边的筷子，等待一会额再分派右边的筷子,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，就有也许出现死锁的情况，该算法不可行。.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.“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，涉及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进一步的结识，进一步的了解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中的实际问题。.哲学家进餐问题（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；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；让临间资源得到了充足的运用。（2）这次实验让我学会分模块解决问题，如何运用互斥锁对临间资源进行管理；此外自己在编程上以及一些函数的结识上存在较大的问题，以后应当多多实践,提高自己的反映速度，加速逻辑思维能力。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，乂都放下左侧筷子，等一会儿,又同时拿起左侧筷子，如此这般，永远反复。对于这种情况，即所有的程序都在无限制地运营，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。假如不可用，则放下左侧的筷子，等一段时间后再反复整个过程。（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……如此永远反复下去。对于这种情况，所有的程序都在运营,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publicclassBoundeBufferimplementsBuffer（privatestaticfinalintBUFFER_SIZE=5;private0bject[]buffer;privateintin,out;privateSemaphoremutex;。privateSemaphoreempty;privateSemaphorefull;publieBoundeBuffer(){。。in=0;out=0;。buffer=newObject[BL7FFER_S/ZE];。mutex=newSemaphore(l)；，empty=newSemaphore(BUFFER_SIZE);。ful1=newSemaphore(0)；。}publievoidinsert(Objectitcm)°(try(。empty.acquire();。mutex.acquire();。buffer[in]=item;in=(in+l)%BUFFER_SIZE',omutex.release()；fu11.release()；}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}publicObjectremove()。。try{o°ofull・acquire();。。mutex.acquire()：o}catch(InterruptedExceptione)。(oooe.printstackTrace();}»Objectitem=buffer[out]：oout=(out+l)XBUFFEP_SIZE\。mutex.release()；o»empty.re1ease();0。。returnitem;。}〃生产者实现publicc1assProducerimplementsRunnab1{oprivateBufferbuffer;opublicProducer(Bufferbuffer)，。this.buffer=buffer;oopub1icvoidrun()Datemessage；d0owhi1e(true){sSleepUtilities.nap();。message=newDate()；System.out.printin("生产者产生了"+message)；。buffer.insert(message);0}。})〃消费者实现publicclassConsumerimplementsRunnab1e{privateBufferbuffer;pub1icConsumer(Bufferbuffer){®this.buffer=buffer;publicvoidrun()(。。Datemessage；。owhile(true)(，»SIeeputi1ities.naP()；message=(Date)buffer.remove();d。System.out.println("消费者者消费了"+message);//工厂测试类publicc1assFactory{publiestaticvoidmain(String[]args){Bufferbuffer=newBoundeBuffer。；Threadproducer=newThread(newProducer(buffer));»。Threadconsumer=newThread(newConsumer(buffer));。。producer.start()；consumer,start()；(2)运营结果:<terminated>Factory(1)[JavaApplication]C:\ProgramFiles\Java\jre1.8.0_51\bin\javaw.exe।生产者产生jSunNov2218:37:24CST2015消费者者消费了SunNov2218:37:24CST2015生产者产生了SunNov2218:37:24CST2015生产者产生了SunNov2218:37:27CST2015消费者者消费了SunNov2218:37:24CST2015消费者者消费1SunNov2218:37:27CST2015生产者产生了SunNov2218:37:29CST2015生产者产生了SunNov2218:37:30CST2015生产者产生了SunNov2218:37:32CST2015生产者产生了SunNov2218:37:32CST2015生产者产生了SunNov2218:37:32CST2015生产者产生了SunNov2218:37:32CST2015消费者者消费了SunNov2218:37:29CST2015生产者产生了SunNov2218:37:34CST2015消费者者消费了SunNov2218:37:30CST2015生产者产生了SunNov2218:37:34CST2015消费者者消费了SunNov2218:37:32CST2015消费者者消费亍SunNov2218:37:32CST2015生产者产生了SunNov2218:37:37CST2015消费者者消费了SunNov2218:37:32CST2015生产者产生了SunNov2218:37:39CST2015牛产者产牛了SunNov2218:37:40CST20152.哲学家进餐问题（1）具体实现代码classChopStickboo1eanavailable;ChopStick(){®available=true：pub1icsynchronizedvoidtakeup(){while(!availab1e)o(。try。。。System.out.println("哲学家等待另一根筷子“);。，wait();}catch(InterruptedExceptione)°{}0)。available=