操作系統(tǒng)哲學(xué)家問題實驗報告

1、實驗報告三實驗名稱： 一、調(diào)試驗證“有限緩沖”經(jīng)典同步問題二、利用 JavaJava 同步解決“哲學(xué)家進餐”問題日期：2015-11-52015-11-5 班級：1313 級計科學(xué)號:_ 姓名： _一、 實驗?zāi)康?.了解信號量的使用2.掌握正確使用同步機制的方法3.實現(xiàn)生產(chǎn)者消費者進程的互斥與同步4.實現(xiàn) java 同步解決 哲學(xué)家進餐”問題二、 實驗內(nèi)容1.調(diào)試驗證“有限緩沖”經(jīng)典同步問題2.利用 Java 同步解決“哲學(xué)家進餐”問題三、 項目要求與分析1.1.“有限緩沖”經(jīng)典同步問題（1 1） 問題描述有一群生產(chǎn)者進程在生產(chǎn)產(chǎn)品，此產(chǎn)品提供給消費者去消費。為使生產(chǎn)者 和消費者進程能并發(fā)執(zhí)行

2、，在它們之間設(shè)置一個具有 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 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 表示，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 表示，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 一個臨界資源，必須互斥使用，所以另外還需要設(shè)置一個互斥信號量mutex，其初值為 1。2.2.“哲學(xué)家進餐”問題（1 1） 問題描述假如所有的哲學(xué)家都同時拿起左側(cè)筷子，看到右側(cè)筷子不可用，又都放下左側(cè)筷子，等一會兒，又同時拿起左側(cè)筷子

3、，如此這般，永遠重復(fù)。對于這種 情況，即所有的程序都在無限制地運行，但是都無法得到任何進展，即出現(xiàn)餓死，所有的哲學(xué)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。如果不可用，則放下左側(cè)的筷子，等一段時間后再重復(fù)整個過程。（2 2） 問題分析當(dāng)出現(xiàn)以下情形，在某一瞬間，所有的哲學(xué)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)筷子如此永遠重復(fù)下去。對于這種情況，所有的程序都在運行，但卻都無法取得進展，即出現(xiàn)餓死，所有的哲學(xué)家都吃不上飯。解決死鎖問題：為了避免死鎖，把哲學(xué)家分為三種狀態(tài)：思考，饑餓（等 待），進食，并且一次拿

4、起兩只筷子，否則不拿。四、 具體實現(xiàn)1.1.“有限緩沖”經(jīng)典同步問題 。1 1) 具體實現(xiàn)代碼/ 緩沖區(qū)實現(xiàn)public class BoundeBuffer implements Bufferprivate static final int BUFFER_SIZE=5; private Object buffer ;private int in , out ;private Semaphore mutex ;private Semaphore empty ;private Semaphore full ;public BoundeBuffer()in =0;out =0;buffer =ne

5、w Object BUFFER_SIZE;mutex =new Semaphore(1);empty =new Semaphore( BUFFER_SIZE); full =new Semaphore(0);public void insert(Object item )tryempty .acquire();mutex .acquire();buffer in = item ;in =( in +1)%BUFFER_SIZE;mutex .release();full .release(); catch (InterruptedException e) e .printStackTrace(

6、);public Object remove()try full .acquire();mutex .acquire(); catch (InterruptedException e)public void run()e.printStackTrace();Object item =buffer out ;out =( out +1)%BUFFER_SIZE;mutex .release();empty .release();return item ;/ 生產(chǎn)者實現(xiàn)public class Producer implements Runnableprivate Buffer buffer ;p

7、ublic Producer(Buffer buffer )this . buffer =buffer ;public void run()Date message ;while (true )SleepUtilities.nap ();message =new Date();System. out .println( 生產(chǎn)者 產(chǎn)生了buffer .insert( message );/ 消費者實現(xiàn)public class Consumer implements Runnableprivate Buffer buffer ;public Consumer(Buffer buffer )this

8、 . buffer =buffer ;+message );Date message ;while ( true )SleepUtilities.nap ();message =(Date) buffer .remove();System. out .println( 消費者者 消費了 / 工廠測試類public class Factorypublic static void main(String args )Buffer buffer =new BoundeBuffer();Thread producer =new Thread( new Producer(Thread consumer

9、=new Thread( new Consumer(producer .start();consumer .start();2 2) 運行結(jié)果：+message );buffer );buffer ); Factory (1) Java Application C:Pragram IFilesJavajre 1.8.0 51binjavaw.exe(public synchronized void takeup()生產(chǎn)者產(chǎn)生了Sun Nov 22 18:37:24 CST 2015消費者者消費了Sun Nov 22 18:37:24 CST 2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了Sun Nov 22 18:37

10、:24 CST 2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了Sun Nov22 18:37:27 CST 2015消費者者消費了Sun Nov 2218:37:24 CST 2015消費者者消費了Sun Nov 2218:37:27 CST 2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了 生產(chǎn)者產(chǎn)生了 生產(chǎn)者產(chǎn)生了 生產(chǎn)者產(chǎn)生了 生產(chǎn)者產(chǎn)生了 生產(chǎn)者產(chǎn)生了 消費者者消費了Sun Nov 2218:37:29 CST 2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了Sun Nov 22 18:37:34CST 2015消費者者消費了Sun Nov 22 18:37:30 CST2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了Sun Nov 22 18:37:34 CST 2015消費者者消費了Sun

11、 Nov 22 18:37:32 CST 2015消費者者消費了Sun Nov 22 18:37:32 CST 2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了Sun Nov 22 18:37:37 CST 2015消費者者消費了SunNov 22 18:37:32 CST 2015生產(chǎn)者產(chǎn)生了Sun Nov 2218:37:39 CST 2015牛產(chǎn)者產(chǎn)牛了Sun Nov 22 18:37:40CST 20152.2.哲學(xué)家進餐問題(i)具體實現(xiàn)代碼class ChopStickboolea n available ;ChopStick()available =true ;while (! available )Sun

12、 Nov 22 1837:29 CST 2015Sun Nov22 1837:30 CST 2015Sun Nov22 1837:32 CST 2015Sun Nov22 1837:32 CST 2015Sun Nov22 1837:32 CST 2015Sun Nov 22 1837:32 CST 2015public void run()trySystem. out .println( 哲學(xué)家等待另一根筷子 ); wait(); catch (InterruptedException e)available =false ;public synchronized void putdown(

13、) available =true ; notify();class Philosopher extends ThreadChopStick left , right ;int phio_num ;public Philosopher(ChopStick left ,ChopStick right , int this. left=left ;this. right=right ;this.phio_num =phio_numpublic void eat()left .takeup();right .takeup();System. out .println( 哲學(xué)家 +( this . p

14、hio_num +1)+ public void think()left .putdown();right .putdown();System. out .println( 哲學(xué)家 +( this . phio_num +1)+ phio_num )在用餐 );在思考 );while (true )eat();trysleep (1000); catch (InterruptedExceptione)thi nk();trysleep (1000); catch (InterruptedExceptione)public static void main(Stringargs )publicc

15、lass WaitNotiExamplefinal ChopStickfinal Philosopherchopsticks =new ChopStick4;philos =new Philosopher4;for (int i =0; i 4; i +)chopsticks i = new ChopStick();for (int i =0; i 4; i +)philos i = newPhilosopher( chopsticks i , chopsticks ( i +1)%4, i);for (int i =0; i WaitNotiExample Jav Application C

16、:Program F11esvajre 1 8.0 51 binjjvaw exe（2。朽年11麻學(xué)家等待另一根筷子哲學(xué)家2在用餐哲學(xué)家等待另一根筷子哲學(xué)家等待另一根筷子 哲學(xué)家1在用餐 哲學(xué)家等待另一棍筷子 哲學(xué)家2在思考 哲學(xué)家等待另一根筷子 哲學(xué)家4在用餐 哲學(xué)家等待另一根筷子|哲學(xué)家1在思考 哲學(xué)家等待另一根筷子 哲學(xué)家孑在用餐 哲學(xué)家等待另一根筷子 哲學(xué)家4在思考 哲學(xué)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(dāng)筷子可用是，先分配左邊的筷子，等待一會額再分配右邊的筷子， 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，就有可能出 現(xiàn)死鎖的情況，該算法不可行。2.解決僅當(dāng)一個哲學(xué)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)1.“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(dāng)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，包括臨界區(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。（