實驗二進程同步實驗

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實驗二 進程同步一、實驗?zāi)康模赫莆栈镜耐剿惴?，理解?jīng)典進程同步問題的本質(zhì)；學(xué)習(xí)使用Linux的進程同步機制，掌握相關(guān)API的使用方法；能利用信號量機制，采用多種同步算法實現(xiàn)不會發(fā)生死鎖的哲學(xué)家進餐程序。二、實驗平臺：虛擬機：VMWare12操作系統(tǒng)：kali linux編輯器：Gedit 編譯器：Gcc三、實驗內(nèi)容：（1）以哲學(xué)家進餐模型為依據(jù)，在Linux控制臺環(huán)境下創(chuàng)建5個進程，用semget函數(shù)創(chuàng)建一個信號量集（5個信號量，初值為1），模擬哲學(xué)家的思考和進餐行為：每一位哲學(xué)家饑餓時，先拿起左手筷子，再拿起右手筷子；筷子是臨界資源，為每一支筷子定義1個互斥信號

2、量；想拿到筷子需要先對信號量做P操作，使用完釋放筷子對信號量做V操作。偽代碼描述：semaphore chopstick5=1,1,1,1,1; 第i位哲學(xué)家的活動可描述為： do printf(%d is thinkingn,i); printf(%d is hungryn,i); wait(chopsticki); /拿左筷子 wait(chopstick(i+1) % 5); /拿右筷子 printf(%d is eatingn,i); signal(chopsticki); /放左筷子 signal(chopstick(i+1) % 5); /放右筷子 whiletrue; 運行該組進

3、程，觀察進程是否能一直運行下去，若停滯則發(fā)生了什么現(xiàn)象？并分析原因。（2）解決哲學(xué)家進餐問題可采用如下方法：a.僅當(dāng)哲學(xué)家的左、右兩只筷子均可用時，才允許他拿起筷子進餐；b.至多只允許有4位哲學(xué)家同時去拿左邊的筷子，最終能保證至少有一位哲學(xué)家能夠進餐；c.規(guī)定奇數(shù)號哲學(xué)家先拿起他左手的筷子，然后再拿起他右手的筷子，而偶數(shù)號哲學(xué)家則先拿起他右手的筷子，然后再拿起他左手的筷子。方法a在示例程序中給出，請用方法b和c寫出不會發(fā)生死鎖的哲學(xué)家進餐程序。 （3）設(shè)計程序，實現(xiàn)生產(chǎn)者/消費者進程(線程)的同步與互斥。在該程序中創(chuàng)建4個進程（或線程）模擬生產(chǎn)者和消費者，實現(xiàn)進程(線程)的同步與互斥。四、實驗

4、步驟:一、Linux的信號量機制為了簡化對多個信號量的操作，Linux系統(tǒng)中提出了信號量集的概念。一個信號量集對象中可以容納多個信號量，System V 信號量的分配和操作是以信號量集為單位的。1. 進程利用信號量獲得共享資源的步驟：a.測試控制該資源的信號量；b.若信號量為正，則進程可以使用該資源；使用資源時，進程將該信號量減1(P操作)；不再使用資源時，進程將該信號量值加1(V操作)；c.若信號量為0，則進程進入睡眠狀態(tài)P操作和V操作都原子操作。2. 創(chuàng)建或打開信號量集semget()系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個新信號量集或獲取一個既有信號量集的表示符。函數(shù)原型：#include int semget

5、(key_t key, int nsems, int flag);返回值：成功返回信號量集ID，出錯返回-1。nsems信號量集中信號量個數(shù)；flags：IPC_CREAT，IPC_EXCL，權(quán)限組合；第一個參數(shù)key是整數(shù)值（唯一非零），不相關(guān)的進程可以通過它訪問一個信號量，它代表程序可能要使用的某個資源，程序?qū)λ行盘柫康脑L問都是間接的，程序先通過調(diào)用semget函數(shù)并提供一個鍵，再由系統(tǒng)生成一個相應(yīng)的信號標識符（semget函數(shù)的返回值），只有semget函數(shù)才直接使用信號量鍵，所有其他的信號量函數(shù)使用由semget函數(shù)返回的信號量標識符。如果多個程序使用相同的key值，key將負責(zé)協(xié)調(diào)

6、工作。第三個參數(shù)sem_flags是一組標志，當(dāng)想要當(dāng)信號量不存在時創(chuàng)建一個新的信號量，可以和值IPC_CREAT做按位或操作。設(shè)置了IPC_CREAT標志后，即使給出的鍵是一個已有信號量的鍵，也不會產(chǎn)生錯誤。而IPC_CREAT | IPC_EXCL則可以創(chuàng)建一個新的，唯一的信號量，如果信號量已存在，返回一個錯誤。注意：建立信號量集時每個信號量的初始值不確定。3. 信號量控制操作semctl()系統(tǒng)調(diào)用在一個信號量集或集合中的單個信號量上執(zhí)行各種控制操作。函數(shù)原型：#include int semctl (int semid, int semnum, int cmd, /*union sem

7、un arg*/)semnum:信號量編號或0，表示對指定信號量做控制操作；cmd: 操作命令，實施的控制操作；cmd參數(shù)：IPC_STAT 獲取信號量集的屬性IPC_SET 設(shè)置信號量集的屬性IPC_RMID 刪除信號量集GETVAL 返回semnum信號量的值SETVAL 設(shè)置semnum信號量的值GETALL 獲取所有信號量的值SETALL 設(shè)置所有信號量的初始值第四個參數(shù)是union semununion semun int val; struct semid_ds *buf; unsigned short *array;例：定義一個信號量集，含3個信號量,初始值分別為(2,5,1)。

8、semid = semget(IPC_PRIVATE,3,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0777);unsigned short vals3 = 2,5,1;union semnu se;se.array = vals;semclt(semid,0,SETALL,se);4. 信號量集操作semop()系統(tǒng)調(diào)用在semid標識的信號量集中的信號量上執(zhí)行一個或多個up或down操作，可用于進程間的同步和互斥。函數(shù)原型：#include int semop(int semid, struct sembuf *semop, size_t nops);返回：成功返回0，出錯返回-1。Struc

9、t sembufunsigned sem_num; /*member # in set*/short sem_op; /*operation(negative, 0, positive*/short sem_flg; /*IPC_NOWAIT,SEM_UNDO*/例：對上文定義的信號量集semid中的3個信號量,分別執(zhí)行如下操作：1: p(1); 2: p(3); 3: v(3);其semop的操作語句為：struct sembuf ops3 = 0, -1, SEM_UNDO, 1,-3, SEM_UNDO,2,3, SEM_UNDO;semop(semid, ops ,3);5.組合權(quán)限說

10、明0666 文件或目錄的所有者、所有者所在組、其他用戶對該對象均可讀、可寫rw-rw-rw-0777 文件或目錄的所有者、所有者所在組、其他用戶對該對象均可讀、可寫、可執(zhí)行rwxrwxrwx附：示例程序（左、右兩只筷子均可用時才允許拿起筷子）#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #ifdef_SEM_SEMUN_UNDEFINEDunion semunint val;struct semid_ds *buf;unsig

11、ned short *array;struct seminfo *_buf;#endif#defineERR_EXIT(m) do perror(m); exit(EXIT_FAILURE); while(0)int wait_1chopstick(int no,int semid)struct sembuf sb = no,-1,0;int ret;ret = semop(semid,&sb,1);if(ret 0) ERR_EXIT(semop);return ret;int free_1chopstick(int no,int semid)struct sembuf sb = no,1,

12、0;int ret;ret = semop(semid,&sb,1);if(ret 0) ERR_EXIT(semop);return ret;#defineDELAY (rand() % 5 + 1)void wait_for_2chopstick(int no,int semid)int left = no;int right = (no + 1) % 5;struct sembuf buf2 = left,-1,0,right,-1,0;semop(semid,buf,2);void free_2chopstick(int no,int semid)int left = no;int r

13、ight = (no + 1) % 5;struct sembuf buf2 = left,1,0,right,1,0;semop(semid,buf,2);void philosophere(int no,int semid)srand(getpid();for(;) #if 0printf(%d is thinkingn,no);sleep(DELAY);printf(%d is hungryn,no);wait_for_2chopstick(no,semid);printf(%d is eatingn,no);sleep(DELAY);free_2chopstick(no,semid);

14、#elseint left = no;int right = (no + 1) % 5;printf(%d is thinkingn,no);sleep(DELAY);printf(%d is hungryn,no);wait_1chopstick(left,semid);sleep(DELAY);wait_1chopstick(right,semid);printf(%d is eatingn,no);sleep(DELAY);free_1chopstick(left,semid); free_1chopstick(right,semid);#endifint main(int argc,char *argv)int semid;semid = semget(IPC_PRIVATE,5,IPC_CREAT | 0666);if(semid 0) ERR_EXIT(semid);u