利用信號量機(jī)制解決哲學(xué)家進(jìn)餐問題

PAGE2成績：成績：課程設(shè)計報告課程名稱：課程設(shè)計（UNIX程序設(shè)計）設(shè)計題目：利用信號量機(jī)制解決哲學(xué)家進(jìn)餐問題姓名：專業(yè)：網(wǎng)絡(luò)工程班級：學(xué)號：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)系2013年12月28日哈爾濱理工大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)系實(shí)驗室實(shí)驗報告哈爾濱理工大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)系課程設(shè)計報告設(shè)計項目：利用信號量機(jī)制解決哲學(xué)家進(jìn)餐問題選題背景1965年，數(shù)學(xué)家迪杰斯特拉提出，并成為經(jīng)典的IPC問題—哲學(xué)家進(jìn)餐問題。該問題的簡單描述如下：五個哲學(xué)家圍坐在一張圓桌周圍，每個哲學(xué)家面前都一盤通心粉。由于通心粉很滑，需要兩把叉子才能夾住。哲學(xué)家的生活中有兩種交替活動時段，吃飯（EATING）和思考（THINKING）。當(dāng)一個哲學(xué)家覺得餓了時，他就試圖分兩次去取左手邊和右手邊的叉子，每次拿一把，但不分次序。如果成功拿到兩把叉子，就進(jìn)入吃飯狀態(tài)，吃完后放下叉子繼續(xù)思考。設(shè)計思路1.每個哲學(xué)家的行為活動狀態(tài)為兩種：進(jìn)餐（EATING）和思考（THINKING）。因此創(chuàng)建一個有5個元素的狀態(tài)數(shù)組，每個數(shù)組元素的狀態(tài)值為EATING或者THINKING。2.五個哲學(xué)家圍坐成一圈，每兩個人中間有一個叉子，即每個哲學(xué)家的邊和右邊有一個叉子，但這個叉子需要和旁邊的鄰居競爭使用。對于每一個哲學(xué)家來說，其只有成功獲得兩個叉子，才能進(jìn)入進(jìn)餐狀態(tài)。在進(jìn)完餐后，需要成功放下手中的兩個叉子，才能進(jìn)入思考的狀態(tài)。換個角度的描述就是，每個哲學(xué)家查詢左右邊的鄰居當(dāng)前狀態(tài)，如果左右的鄰居當(dāng)前狀態(tài)都為THINKING，則該哲學(xué)家可以進(jìn)餐；如果左右鄰居當(dāng)前狀態(tài)不都是THINKING，則哲學(xué)家不能進(jìn)餐。因此可以為每一個哲學(xué)家設(shè)置一個信號量，來描述哲學(xué)家的活動狀態(tài)。3.因為五只叉子做多只能允許兩個哲學(xué)家進(jìn)餐，所以可以將桌子作為一個臨界資源。通過設(shè)置一個互斥信號量來限制對臨界資源的訪問數(shù)。4.創(chuàng)建兩個動作函數(shù)，對應(yīng)于每個哲學(xué)家的獲取兩把叉子和放下兩把叉子的動作。而每個動作都需要對互斥信號量和哲學(xué)家信號量進(jìn)行訪問操作，因此創(chuàng)建原子操作P和原子操作V，來執(zhí)行對信號量的消耗和釋放操作。5.利用父進(jìn)程創(chuàng)建五個子進(jìn)程來模擬五個哲學(xué)家，在每個子進(jìn)程中執(zhí)行PHILOSOPHER（phi_num）函數(shù)來模擬每個哲學(xué)家進(jìn)入哲學(xué)家進(jìn)餐問題活動。主要問題的解決方法和關(guān)鍵技術(shù)1.共享狀態(tài)數(shù)組問題。問題描述：因為狀態(tài)數(shù)組是共享的，而每個模擬哲學(xué)家的子進(jìn)程是相互獨(dú)立的，有自己的地址空間，在進(jìn)程之間共享使用狀態(tài)數(shù)組出現(xiàn)問題。解決方法：父進(jìn)程通過利用UNIX系統(tǒng)進(jìn)程通信機(jī)制中共享內(nèi)存機(jī)制的shmget()和shmat系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個共享內(nèi)存區(qū)，并將狀態(tài)數(shù)組地址鏈接到進(jìn)程地址空間，成功的解決了該問題。#include<stdlib.h>#defineN5#defineLEFT(i)(i+N-1)%N#defineRIGHT(i)(i+1)%N#defineTHINKING0#defineEATING1//#include"behavior_philosophy.h"voidphilosopher(int,char*,int,int,void(*)(int,int),void(*)(int,int));voidtake_forks(int,char*,int,int,void(*)(int,int),void(*)(int,int));voidput_forks(int,char*,int,int,void(*)(int,int),void(*)(int,int));voidtest(int,char*,int,void(*)(int,int));voidthink(int);voideat(int);voidP(int,int);voidV(int,int);/*哲學(xué)家動作*/voidphilosopher(inti,char*state,intsem_phiid,intsem_mutexid,void(*P)(int,int),void(*V)(int,int)){sleep(1);think(i);while(1){take_forks(i,state,sem_phiid,sem_mutexid,P,V);eat(i);put_forks(i,state,sem_phiid,sem_mutexid,P,V);think(i);}}voidtake_forks(inti,char*state,intsem_phiid,intsem_mutexid,void(*P)(int,int),void(*V)(int,int)){(*P)(sem_mutexid,0);state[i]=THINKING;test(i,state,sem_phiid,V);(*V)(sem_mutexid,0);(*P)(sem_phiid,i);}voidput_forks(inti,char*state,intsem_phiid,intsem_mutexid,void(*P)(int,int),void(*V)(int,int)){(*P)(sem_mutexid,0);state[i]=THINKING;test(LEFT(i),state,sem_phiid,V);test(RIGHT(i),state,sem_phiid,V);(*V)(sem_mutexid,0);}voidtest(inti,char*state,intsem_phiid,void(*V)(int,int)){if(state[i]==THINKING&&state[LEFT(i)]!=EATING&&state[RIGHT(i)]!=EATING){state[i]=EATING;(*V)(sem_phiid,i);}}voidthink(inti){printf("philosopher:%d>>>>>isTHINKING.\n",i);}voideat(inti){printf("I'mphilosopher:%d>>>>>isEATING.andwilleating%dseconds!\n",i,sleep(2));}/*P,V原子操作*/voidP(intsemid,intindex){structsembufsema_buffer;sema_buffer.sem_num=index;sema_buffer.sem_op=-1;sema_buffer.sem_flg=SEM_UNDO;semop(semid,&sema_buffer,1);}voidV(intsemid,intindex){structsembufsema_buf;sema_buf.sem_num=index;sema_buf.sem_op=1;sema_buf.sem_flg=SEM_UNDO;semop(semid,&sema_buf,1);}/**/intmain(){/*創(chuàng)建信號量操作*/intsem_phiid;sem_phiid=semget(1008,5,0666|IPC_CREAT);assert(sem_phiid>=0);unsignedshortarray[5]={0,0,0,0,0};unionsemun{intval;unsignedshort*array;}semopts;semopts.array=array;intret1=semctl(sem_phiid,0,SETALL,semopts);assert(ret1==0);intsem_mutexid;sem_mutexid=semget(0x225,1,0666|IPC_CREAT);assert(sem_mutexid>=0);semopts.val=1;intret2=semctl(sem_mutexid,0,SETVAL,semopts);assert(ret2==0);/*初始化共享內(nèi)存*/intshmid;char*state;if((shmid=shmget(IPC_PRIVATE,N,0600|IPC_CREAT))==-1){semctl(sem_phiid,0,IPC_RMID,0); semctl(sem_mutexid,0,IPC_RMID,0); perror("shmgetfaild!"); exit(1);}if((state=shmat(shmid,0,0))==(char*)-1){semctl(sem_phiid,0,IPC_RMID,0); semctl(sem_mutexid,0,IPC_RMID,0); perror("shmatfaild!"); exit(1);}/**/inti,phinum;pid_tpid;for(i=0;i<5;i++){while((pid=fork())==-1); if(!pid){ phinum=i; signal(SIGINT,SIG_DFL); break; }}if(pid>0){while(wait((int*)0)==-1); semctl(sem_phiid,0,IPC_RMID,0); semctl(sem_mutexid,0,IPC_RMID,0); shmdt(state); printf("Hi,GAMEOVER!");}elsephilosopher(phinum,state,sem_phiid,sem_mutexid,P,V);}程序運(yùn)行結(jié)果