操作系统哲学家就餐问题实验报告

1、实验目的： （1）、掌握基本的同步互斥算法，理解哲学家就餐模型。 （2）、了解windows 2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。 （3）、学习使用windows 2000/XP中基本的同步对象，掌握相应的API。 2、实验要求 有五个哲学家共用一张放有五把椅子的餐桌，每人坐在一把椅子上，桌子上有五个碗和五只筷子，每人两边各放一只筷子。哲学家们是交替思考和进餐，饥饿时便试图取其左右最靠近他的筷子。条件：(1)、只有拿到两只筷子时，哲学家才能吃饭。(2)、如果筷子已被别人拿走，则必须等别人吃完之后才能拿到筷子。(3)、任意一个哲学家在自己未拿到两只筷子吃饭前，不会放下手中拿到的筷子。 3、实验环境 硬件：CPU ：AMD QL 内存：2GB 显卡：ATI 4570 硬盘：日立250G 软件：Windows 2000/XP。开发工具：VC++6.0 4、实验内容 1）实现原理 1、利用记录型信号量解决哲学家进餐问题； 2、临界区互斥编程原理。 2）程序结构（流程图） 开始 定义信号量tools[5] 定义哲学家类对象哲学家的状态发生改变；输出当前状停止程否 结束 图1.主程序模块流程图 开始 哲学家处是 放下左否 哲学家处于思考状态为思是状态改为等待否 哲学家处于是 左右手筷子均空是 拿起左右手筷子 状态改为就餐结束 图2.状态改变模块流程图 图3.返回哲学家状态流程图 图4返回餐具状态模块流程图 3）数据结构 （1）、定义一个哲学家类，包含两个私有对象和四个公有对象。 （2）、定义函数： Number对象：哲学家的编号； Status对象：保存当前该哲学家的状态，0表示等待，1表示吃饭，2 表示思考； Philosopher(int num)方法：哲学家类构造函数，参数num表示哲学家编号；find() const方法：返回该哲学家编号； getinfo() const方法：返回哲学家当前状态； Change()方法：根据题目要求改变哲学家的状态（等待->进餐->思考） 另外，程序中包含一个公有对象，bool类型数组tools[6]，用来保存6把餐具当前状态：true表示该餐具当前空闲，false表示该餐具当前正被使用。 程序中还包含两个公有函数：print和toolstatus。Print用来返回一个哲学家的状态，toolstatus用来返回一个餐具的状态。 4）实现步骤 1）打开VC，选择菜单项File->New，选择Projects选项卡并建立一个名为xwj的win32 console application工程，创建时注意指定创建该工程的目录； （2）在工程中创建源文件xwj.cpp：选择菜单项Project->Add to project->Files,此时将打开一个新窗口，在其中的“文件名”输入栏中输入自己想要创建的文件名，这里是xwj.cpp；接着询问是否创建新文件时回答“yes”。通过Workspace->Source Files打开该文件，在其中编辑源文件并保存； （3）通过调用菜单项Build->Rebuild all进行编译连接，可以在指定的工程目录下得到debug->xwj.exe程序。 5、实验测试及分析： 图5.测试结果1 图6.测试结果2 图7.测试结果3 图8.测试结果4 5、结果分析： （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； （2）、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； （3）、让临界资源得到了充分的利用。 6、实验心得体会 （1）、这次实验加强了我上网查数检索问题的能力； （2）、这次实验让我学会分模块解决问题，怎样运用互斥锁对临界资源进行管理； （3）、这次实验，发现自己在编程上及一些函数的认识仍存在较大的问题，以后应该多多实践，提高自己的反应速度，加强逻辑思维能力。 附录：源代码

#include #include #include #include #include

using namespace std;

bool tools[5]; //全局变量，用餐工具

CRITICAL_SECTION cs; //信号量, 在线程中使用，临界区 class Philosopher {

private: int number;

int status; /*标记当前哲学家的状态,0表示正在等待

(即处于饥饿状态),1表示得到两支筷子正在吃饭,2表示正在思考*/ public:

Philosopher(int num=0): status(2), number(num) { } const int find() {

return number; }

const int getinfo() { return status; }

void Change() ; //状态改变函数 void dead_lock(); }; /////////

void Philosopher::dead_lock()

{

EnterCriticalSection (&cs) ; //进入临界区 string s; if(status==1) {

tools[number%5]=true; // tools[(number-1)%5]=true; status=2; }

else if(status==2) {

status=0;

//tools[(number-1)%5]=false; //tools[(number-1)%5]=true; }

else if(status==0) {

tools[number%5]=false; tools[(number-1)%5]=false; status=1; }

LeaveCriticalSection (&cs) ;

// cout<<\"*********\"; }

/////////

void Philosopher::Change() {

EnterCriticalSection (&cs) ; //进入临界区 if(status==1) //正在进餐 {

tools[number%5]=true; //放下左手工具 tools[(number-1)%5]=true; //放下右手工具 status=2; //改变状态为思考 }

else if(status==2) //思考中 {

status=0; //改变状态为等待 }

else if(status==0) //等待中 {

if(tools[number%5]&&tools[(number-1)%5]) //左右手两边工具均为空闲状态

{

tools[number%5]=false; //拿起左手工具

tools[(number-1)%5]=false; //拿起右手工具 status=1; } }

LeaveCriticalSection (&cs) ; }

string print(Philosopher *pA) {

//pA->Change(); int i=pA->getinfo(); string str; if(i==0) str=\"等待\"; else if(i==1) str=\"就餐\"; else str=\"思考\"; return str; }

string toolstatus(bool a) {

string state; if(a==true)

state=\"闲\"; if(a==false) state=\"用\"; return state; }

int main() {

char con='y'; //判断是否继续 // con = 'n';

for(int i=0;i<5;i++)

tools[i]=true; //筷子都未使用，初始化 Philosopher P1(1),P2(2),P3(3),P4(4),P5(5);

InitializeCriticalSection (&cs) ; //初始化初始化临界区 cout<<\"-----------------------状态说明示意图：-----------------------\"<cout<<\" \"<<\"哲学家1号的状态\"<<\" \"<cout<<\"筷子的状态，用表示使用中，闲表示空闲中。\"<cout<<\"--------------------------------------------------------------\"<//cout<<\"哲学家们开始生活：\"<>con; while(con=='y') {

P1.Change(); P2.Change(); P3.Change(); P4.Change(); P5.Change();

cout<<\"当前状态为：\"<cout<<\" \"<cout<<\" \"<cout<<\" \"<cout<<\" \"<cout<<\" \"<cout<<\"若要继续下一状态，输入y；输入n进入死锁；输入其他，结束程序：\";

cin>>con; Sleep(20); }

while(con=='n') {

P1.dead_lock();

P2.dead_lock(); P3.dead_lock(); P4.dead_lock(); P5.dead_lock(); cout<<\"死锁情况\"<cout<<\" \"<cout<<\" \"<cout<<\" \"<cout<<\" \"<cout<<\" \"<cout<<\"--------------------------\"<>con; Sleep(20); }

DeleteCriticalSection (&cs) ; // return 0; }

退出资源区