2023年操作系统哲学家问题实验报告

实验报告三实验名称:一、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：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”问题项目规定与分析“有限缓冲”经典同步问题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。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。有界缓冲区是一个临界资源,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。“哲学家进餐”问题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。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。具体实现1．“有限缓冲”经典同步问题。具体实现代码//缓冲区实现ｐubliｃclassＢoundｅBuｆfｅrimpleｍenｔｓBuｆｆer{ pｒivatestaｔicfｉnaliｎtBUFFER_SＩZＥ＝5; pｒiｖaｔeOｂjｅct[］buｆｆer; pｒｉvateiｎtin,out; privａｔeSｅmaphoreｍｕtex;ﻩｐriｖａteSemaphoｒeempty; privaｔeＳemaｐhoｒefull; puｂlicＢｏｕｎdeBuffeｒ() {ﻩﻩin=0; ouｔ=０;ﻩ ｂufｆeｒ=newObｊect［ＢＵFFER_SＩZE]; ﻩ mutｅx＝newSｅmaphore(1)； ﻩｅmｐty=nｅwSemaphoｒｅ(BUＦＦＥR＿SIZE）;ﻩ fulｌ=ｎeｗSｅmaphｏre(0)；ﻩ} pｕｂlicvoidiｎsert(Oｂjectitｅｍ)ﻩ｛ try ｛ﻩ eｍｐty.ａcquirｅ(）;ﻩ mｕtｅx.acｑuiｒｅ();ﻩ buffeｒ[iｎ］＝ｉｔem; iｎ=(in+1)%BＵFＦEＲ_SIZE;ﻩ muｔｅx．releａse()； ｆuｌl.rｅlease()； ｝cａtch(InterruｐtedEｘcｅpｔiｏnｅ) {e.printStaｃkTrace（）;} } publicＯbjeｃtremovｅ() {ﻩﻩｔry{ﻩﻩﻩfull.aｃquｉre(); ﻩﻩmｕtex.acqｕire()； ﻩ}caｔch(ＩｎterruptｅｄExｃeｐtｉone) ﻩ｛ﻩﻩﻩe．printSｔａｃkＴrace(); } ﻩ ﻩＯbjectitem=bufｆer［oｕt]； ﻩout＝（oｕt+1)%BUFFＥＲ_SIＺＥ；ﻩ muｔｅx.releasｅ()；ﻩﻩemｐｔｙ．ｒeｌｅase(); ﻩﻩﻩreturｎiｔｅm;ﻩ}//生产者实现ｐublicｃｌassＰrｏdｕｃerｉｍplemenｔｓRunnabｌｅ{ﻩｐrivａtｅＢuｆfeｒｂufｆeｒ; ﻩpublicProducer(Bｕfｆeｒbｕffｅr) ｛ﻩﻩthｉs．buｆfｅr=bｕffer;ﻩ} ﻩpｕbｌicvoidruｎ（）ﻩ{ Ｄａｔemessａge；ﻩﻩ ﻩwｈiｌe(ｔｒue) {ﻩ SleepUtｉliｔies.nap(); ﻩmesｓａge=neｗＤａｔe()； Systｅm.out.ｐｒintlｎ("生产者产生了＂+messagｅ); ﻩｂuffer．insｅrt（mｅssaｇｅ）; ﻩ｝ﻩ}}//消费者实现publiｃclaｓsCoｎｓumerｉmplｅmentsRunnaｂｌe{ privateＢuｆfｅrbuｆｆer; puｂlｉcCｏnｓumer（Bufferbuffer) { ﻩｔhis.buffer=buffer; } publicvoiｄrｕn() {ﻩﻩＤatemesｓaｇｅ； ﻩﻩﻩwhile(true) ｛ﻩ ﻩSlｅｅｐUｔｉｌｉties.naｐ(); ﻩﻩmｅssage=(Date)bufｆeｒ．reｍove(）;ﻩ ﻩ Sｙｓｔem.out.pｒintln("消费者者消费了"+ｍｅssage);／／工厂测试类ｐublｉｃcｌasｓＦａcｔory{ puｂlicstatiｃvoidmaｉn（Strｉng［］argｓ) { Buｆｆｅｒbｕffeｒ＝newBounｄｅBｕffer(); Threaｄproduceｒ=ｎewＴhrｅad(neｗＰrｏducer(bufｆeｒ));ﻩﻩＴhreadcｏnsuｍer＝nｅwTｈread（newＣoｎsumer(buffeｒ)); ﻩﻩﻩproｄucｅr．ｓｔaｒt(）； consuｍer.ｓtaｒt()； }运营结果：哲学家进餐问题具体实现代码clａｓsChopＳｔick{ｂooｌeanaｖaｉlable;ＣhoｐSticｋ（){ﻩaｖａｉｌaｂlｅ=ｔruｅ；｝pｕbｌｉcsynchronizedvoidtakeuｐ(){ wｈile(!ａｖailabｌe)ﻩ｛ﻩ trｙﻩﻩ{ﻩﻩﻩSysteｍ．ｏut.ｐrintlｎ("哲学家等待另一根筷子");ﻩﻩﻩwaiｔ（）; }caｔch（ＩnｔeｒruptedExcｅptionｅ) ﻩ{}ﻩ}ﻩavailａble=falｓｅ;}puｂｌiｃsｙnchrｏnizedvｏidpｕtdown（)｛ﻩａvailａｂle=ｔrｕe; ｎoｔｉfy();}}ｃlａssPhｉloｓophereｘｔeｎｄsThread{ＣhopＳtickｌeft,riｇht；intphio_num;ｐｕblicＰhilｏｓopheｒ(ChｏpSｔickleｆt,ChｏpStiｃkｒight,ｉntpｈio_ｎｕm){ ｔhiｓ.left=ｌeft; tｈis.rｉght=rigｈt；ﻩthiｓ.pｈｉｏ_num＝ｐhio＿ｎuｍ；}pｕblicvｏideａt(){ﻩｌefｔ.ｔａkeｕp（）;ﻩrｉght.taｋeup()； Ｓｙｓｔｅm．ouｔ．pｒiｎtln("哲学家"+(ｔhis.ｐhｉo_nｕm+1)+"在用餐"）；}publiｃvoidｔhinｋ(){ﻩｌeｆt．ｐutｄowｎ()； righｔ.puｔdown(); System.ｏｕt.ｐrintlｎ（"哲学家"+（tｈis.phio_num+１)+"在思考");}pｕｂlicｖｏidrun()｛ﻩwhilｅ（ｔｒｕe) { ﻩeaｔ(); ｔｒy { ﻩﻩｓleeｐ(１000); }caｔｃh(InｔｅｒruptedExｃｅptionｅ){}ﻩﻩthink()； ﻩtrｙ ﻩ{ ﻩsleep（１000); ﻩ}catｃh（InｔｅｒｒupｔedＥxｃeｐｔione){} }}}publicclassWaitNotiEｘａｍple{ ｐｕbｌicstａticvｏidmａin（String［]arｇs） { ﻩfiｎalCｈｏpSｔick[]chｏpstiｃkｓ=newChopSｔick[４］；ﻩﻩfinalPhｉlosｏｐher[]ｐhilｏs=newPhilｏsopher［4];fｏr(iｎtｉ=0；i＜4;ｉ＋＋){ chopsｔｉcｋs[i]＝newChｏpStiｃk(）;}for(inti=0;i<4;i++){ﻩpｈｉｌｏs[i]＝newPhiｌosopheｒ(chopstｉcｋs[ｉ]，cｈopｓticｋs[(i＋1)%4]，i);}ｆor(ｉntｉ=0;i<4;i++）{ﻩｐｈilos［i］．start(）；}运营结果所遇问题与解决方法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。实验总结“有限缓冲”经典同步问题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。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。通过本实验设计，我们对操作系统