2023年操作系統(tǒng)哲學家問題實驗報告

實驗報告三實驗名稱：?、調(diào)實驗證“有限緩沖”經(jīng)典同步問題二、運用Java同步解決“哲學家進餐”問題日期：2023-11-5班級：13級計科學號:姓名：一、實驗目的.了解信號量的使用.掌握對的使用同步機制的方法.實現(xiàn)生產(chǎn)者消費者進程的互斥與同步.實現(xiàn)java同步解決“哲學家進餐〃問題二、實驗內(nèi)容.調(diào)實驗證“有限緩沖”經(jīng)典同步問題.運用Java同步解決“哲學家進餐”問題三、項目規(guī)定與分析.“有限緩沖”經(jīng)典同步問題(1)問題描述有一群生產(chǎn)者進程在生產(chǎn)產(chǎn)品，此產(chǎn)品提供應消費者去消費。為使生產(chǎn)者和消費者進程能并發(fā)執(zhí)行，在它們之間設(shè)立：一個具有n個緩沖池，生產(chǎn)者進程可將它所生產(chǎn)的產(chǎn)品放入一個緩沖池中，消費者進程可從一個緩沖區(qū)取得一個產(chǎn)品消費。(2)問題分析設(shè)兩個同步信號量：一個說明空緩沖區(qū)的數(shù)目，用empty表達，初值為有界緩沖區(qū)的大小N,另一個說明已用緩沖區(qū)的數(shù)目，用full表達,初值為0。由于在執(zhí)行生產(chǎn)活動和消費活動中要對有界緩沖區(qū)進行操作。有界緩沖區(qū)是個臨界資源，必須互斥使用，所以此外還需要設(shè)立一個互斥信號量mutex,其初值為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)運營結(jié)果：terminated>WaitNotiExample[JavaApplication]C:\ProgramFiles\Java\jre1.8.051\bin\javaw.exe(2015年11哲學家等待另一根筷子一哲學家2在用餐哲學家等待另一根筷子哲學家等待另一根筷子哲學家1在用餐哲學家等待另一根筷子哲學家2在思考哲學家等待另一根筷子哲學家4在用餐哲學家等待另一根筷子哲學家1在思考哲學家等待另一根筷子哲學家3在用餐哲學家等待另一根筷子哲學家4在思考哲學家等待另一根筷子二、所遇問題與解決方法1.問題最初設(shè)想當筷子可用是，先分派左邊的筷子，等待一會額再分派右邊的筷子,由于這個算法過程中，會出現(xiàn)左邊的筷子一直被占用著得不到釋放，就有也許出現(xiàn)死鎖的情況，該算法不可行。.解決僅當一個哲學家左右的筷子都可用時，才允許他拿起筷子。這樣要么只有一次占用兩只筷子在吃面，然后釋放所有的資源；要么不占用資源。該算法可行。三、實驗總結(jié).“有限緩沖〃經(jīng)典同步問題（1）本次實驗是關(guān)于生產(chǎn)者與消費者之間互斥和同步的問題。問題的是指是P、V操作，實驗設(shè)一個共享緩沖區(qū)，生產(chǎn)者和消費者互斥的使用，當一個線程使用緩沖區(qū)的時候，另一個讓其等待直到前一個線程釋放緩沖區(qū)為止。（2）實驗中包含的知識點很多，涉及臨界區(qū)資源共享問題、信號量定義、PV操作流程、進程間的通信方式（消息傳遞和共享內(nèi)存）、進程同步和互斥、信號量機制解決進程之間的同步與互斥問題等等。（3）通過本實驗設(shè)計，我們對操作系統(tǒng)的P、V進一步的結(jié)識，進一步的了解P、V操作的實質(zhì)和其重要性。課本的理論知識進一步闡述了現(xiàn)實中的實際問題。.哲學家進餐問題（1）程序分為四大模塊，一步步解決了哲學家狀態(tài)及狀態(tài)改變的問題，筷子的“閑”、“用”問題；實現(xiàn)了哲學家等待、吃飯、思考三個過程的轉(zhuǎn)換循環(huán)，并且避免了死鎖問題；讓臨間資源得到了充足的運用。（2）這次實驗讓我學會分模塊解決問題，如何運用互斥鎖對臨間資源進行管理；此外自己在編程上以及一些函數(shù)的結(jié)識上存在較大的問題，以后應當多多實踐,提高自己的反映速度，加速邏輯思維能力。2.“哲學家進餐”問題（1）問題描述假如所有的哲學家都同時拿起左側(cè)筷子，看到右側(cè)筷子不可用，乂都放下左側(cè)筷子，等一會兒,又同時拿起左側(cè)筷子，如此這般，永遠反復。對于這種情況，即所有的程序都在無限制地運營，但是都無法得到任何進展，即出現(xiàn)餓死，所有的哲學家都吃不上飯。規(guī)定在拿起左側(cè)的筷子后，先檢查右面的筷子是否可用。假如不可用，則放下左側(cè)的筷子，等一段時間后再反復整個過程。（2）問題分析當出現(xiàn)以下情形,在某一瞬間，所有的哲學家都同時啟用這個算法，拿起左側(cè)的筷子，而看到右側(cè)筷子都不可用，又都放下左側(cè)筷子，等一會兒，又同時拿起左側(cè)筷子……如此永遠反復下去。對于這種情況，所有的程序都在運營,但卻都無法取得進展，即出現(xiàn)餓死，所有的哲學家都吃不上飯。解決死鎖問題：為了避免死鎖，把哲學家分為三種狀態(tài)：思考，饑餓（等待）,進食，并且一次拿起兩只筷子，否則不拿。四、具體實現(xiàn)1.“有限緩沖”經(jīng)典同步問題（1）具體實現(xiàn)代碼〃緩沖區(qū)實現(xiàn)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;。}〃生產(chǎn)者實現(xiàn)publicc1assProducerimplementsRunnab1{oprivateBufferbuffer;opublicProducer(Bufferbuffer)，。this.buffer=buffer;oopub1icvoidrun()Datemessage；d0owhi1e(true){sSleepUtilities.nap();。message=newDate()；System.out.printin("生產(chǎn)者產(chǎn)生了"+message)；。buffer.insert(message);0}。})〃消費者實現(xiàn)publicclassConsumerimplementsRunnab1e{privateBufferbuffer;pub1icConsumer(Bufferbuffer){?this.buffer=buffer;publicvoidrun()(。。Datemessage；。owhile(true)(，?SIeeputi1ities.naP()；message=(Date)buffer.remove();d。System.out.println("消費者者消費了"+message);//工廠測試類publicc1assFactory{publiestaticvoidmain(String[]args){Bufferbuffer=newBoundeBuffer。；Threadproducer=newThread(newProducer(buffer));?。Threadconsumer=newThread(newConsumer(buffer));。。producer.start()；consumer,start()；(2)運營結(jié)果:<terminated>Factory(1)[JavaApplication]C:\ProgramFiles\Java\jre1.8.0_51\bin\javaw.exe?生產(chǎn)者產(chǎn)生jSunNov2218:37:24CST2015消費者者消費了SunNov2218:37:24CST2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了SunNov2218:37:24CST2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了SunNov2218:37:27CST2015消費者者消費了SunNov2218:37:24CST2015消費者者消費1SunNov2218:37:27CST2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了SunNov2218:37:29CST2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了SunNov2218:37:30CST2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了SunNov2218:37:32CST2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了SunNov2218:37:32CST2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了SunNov2218:37:32CST2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了SunNov2218:37:32CST2015消費者者消費了SunNov2218:37:29CST2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了SunNov2218:37:34CST2015消費者者消費了SunNov2218:37:30CST2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了SunNov2218:37:34CST2015消費者者消費了SunNov2218:37:32CST2015消費者者消費亍SunNov2218:37:32CST2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了SunNov2218:37:37CST2015消費者者消費了SunNov2218:37:32CST2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了SunNov2218:37:39CST2015牛產(chǎn)者產(chǎn)牛了SunNov2218:37:40CST20152.哲學家進餐問題（1）具體實現(xiàn)代碼classChopStickboo1eanavailable;ChopStick(){?available=true：pub1icsynchronizedvoidtakeup(){while(!availab1e)o(。try。。。System.out.println("哲學家等待另一根筷子“);。，wait();}catch(InterruptedExceptione)°{}0)。available=