實(shí)驗(yàn)二進(jìn)程同步實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)二 進(jìn)程同步一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆栈镜耐剿惴?，理解?jīng)典進(jìn)程同步問題的本質(zhì)；學(xué)習(xí)使用Linux的進(jìn)程同步機(jī)制，掌握相關(guān)API的使用方法；能利用信號(hào)量機(jī)制，采用多種同步算法實(shí)現(xiàn)不會(huì)發(fā)生死鎖的哲學(xué)家進(jìn)餐程序。二、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：虛擬機(jī)：VMWare9以上操作系統(tǒng)：Ubuntu12.04以上編輯器：Gedit | Vim編譯器：Gcc三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（1）以哲學(xué)家進(jìn)餐模型為依據(jù)，在Linux控制臺(tái)環(huán)境下創(chuàng)建5個(gè)進(jìn)程，用semget函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量集（5個(gè)信號(hào)量，初值為1），模擬哲學(xué)家的思考和進(jìn)餐行為：每一位哲學(xué)家饑餓時(shí)，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(gè)互斥信號(hào)量；想拿

2、到筷子需要先對(duì)信號(hào)量做P操作，使用完釋放筷子對(duì)信號(hào)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(dòng)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

3、+1) % 5); /放右筷子 whiletrue; 運(yùn)行該組進(jìn)程，觀察進(jìn)程是否能一直運(yùn)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(jìn)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(shí)，才允許他拿起筷子進(jìn)餐；b.至多只允許有4位哲學(xué)家同時(shí)去拿左邊的筷子，最終能保證至少有一位哲學(xué)家能夠進(jìn)餐；c.規(guī)定奇數(shù)號(hào)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(hào)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(qǐng)用方法b和c寫出不會(huì)發(fā)生死鎖的哲學(xué)家進(jìn)餐程序。 （3）設(shè)計(jì)程序，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者/消費(fèi)者進(jìn)程(線程)的同步與互斥。在該程序中創(chuàng)建4個(gè)進(jìn)程（或

4、線程）模擬生產(chǎn)者和消費(fèi)者，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程(線程)的同步與互斥。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：使用a方法結(jié)果哲學(xué)家就餐問題使用b方法解決哲學(xué)家就餐問題源碼如下：#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <stdint.h>#include <stdbool.h>#include <errno.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#incl

5、ude <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>#include <sys/wait.h>union semunint val;struct semid_ds *buf;unsigned short *array;struct seminfo *_buf;#define ERR_EXIT(m) do perror(m); exit(EXIT_FAILURE); while(0)/獲取互斥信號(hào)量void wait_mutex(int mutex)struct sembuf sb=0,-1,0;semop(mutex,&sb,1);

6、/對(duì)互斥信號(hào)量進(jìn)行操作/取得筷子void wait_v(int semid,int num)struct sembuf sb=num,-1,0;semop(semid,&sb,1);/釋放筷子void signal_p(int semid,int num)struct sembuf sb=num,1,0;semop(semid,&sb,1);/釋放互斥變量mutexvoid signal_mutex(int semid0)struct sembuf sb=0,1,0;semop(semid0,&sb,1);/ph函數(shù)void ph(int num,int semid,i

7、nt semid0)int left=num;int right=(num+1)%5;for(;)printf("%d is thinkingn",num);sleep(1);printf("%d is hungryn",num);sleep(1);/wait操作，控制哲學(xué)家最多4人能進(jìn)餐wait_mutex(semid0);wait_v(semid,left);wait_v(semid,right);printf("%d is eatingn",num);sleep(1);/signal操作signal_p(semid,right)

8、;/釋放右筷子signal_p(semid,left);/釋放左快子signal_mutex(semid0);/釋放互斥信號(hào)量/主函數(shù)int main(int argc,char *argv)int semid,semid0;/創(chuàng)建兩個(gè)信號(hào)量集semid0=semget(IPC_PRIVATE,1,IPC_CREAT | 0666);semid=semget(IPC_PRIVATE,5,IPC_CREAT | 0666);/union semun su;su.val=1;int i;for(i=0;i<5;i+)/semctl()系統(tǒng)調(diào)用在一個(gè)信號(hào)量集(或集合中的單個(gè)信號(hào)量)上執(zhí)行各種控

9、制操作semctl(semid,i,SETVAL,su);/設(shè)定semid0信號(hào)量的初始值union semun su0;su0.val=4;semctl(semid0,0,SETVAL,su0);/創(chuàng)建4個(gè)子進(jìn)程int num=0;pid_t pid;for(i=1;i<5;i+)pid=fork();if(pid<0) ERR_EXIT("fork");if(pid=0) num=i;break;/第num個(gè)哲學(xué)家要做的事ph(num,semid,semid0);return 0;執(zhí)行結(jié)果使用c方法解決哲學(xué)家就餐問題#include <stdio.h&

10、gt;#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <stdint.h>#include <stdbool.h>#include <errno.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>#include <sys/wait.h>union semunin

11、t val;struct semid_ds *buf;unsigned short *array;struct seminfo *_buf;#define ERR_EXIT(m) do perror(m); exit(EXIT_FAILURE); while(0)/取得筷子void wait_v(int semid,int num)struct sembuf sb=num,-1,0;semop(num,&sb,1);/釋放筷子void signal_p(int semid,int num)struct sembuf sb=num,-1,0;semop(num,&sb,1);/科

12、學(xué)家要做的事void ph(int semid,int num)for(;)/死循環(huán)/判斷哲學(xué)家的編號(hào)是奇數(shù)還是偶數(shù)/奇數(shù)先申請(qǐng)左邊的筷子，偶數(shù)先申請(qǐng)右邊的筷子if(num%2!=0)/判斷奇數(shù)printf("%d is thinkingn",num);sleep(1);printf("%d is hungryn",num);sleep(1);/wait操作wait_v(semid,num);wait_v(semid,(num+1)%5);printf("%d is eatingn",num);sleep(1);/signal操作si

13、gnal_p(semid,(num+1)%5);signal_p(semid,num);if(num%2=0)/判斷偶數(shù)printf("%d is thinkingn",num);sleep(1);printf("%d is hungryn",num);sleep(1);/wait操作wait_v(semid,(num+1)%5);wait_v(semid,num);/signal操作signal_p(semid,num);signal_p(semid,(num+1)%5);int main(int argc,char *argv)int semid;/

14、創(chuàng)建5個(gè)信號(hào)量semid=semget(IPC_PRIVATE,5,IPC_CREAT | 0666);union semun su;su.val=1;int i;for(i=0;i<5;i+)/注意第二個(gè)參數(shù)也是索引semctl(semid,i,SETVAL,su);/創(chuàng)建4個(gè)子進(jìn)程pid_t pid;int num=5;for(i=0;i<4;i+)pid=fork();if(pid<0) ERR_EXIT("fork");if(pid=0) num=i;break;/哲學(xué)家要做的事ph(semid,num);return 0;生產(chǎn)者和消費(fèi)者的同步與互

15、斥源代碼如下：#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>#include <semaphore.h>#define N 2 / 消費(fèi)者或者生產(chǎn)者的數(shù)目#define M 10 / 緩沖數(shù)目int in = 0; / 生產(chǎn)者放置產(chǎn)品的位置int out = 0; / 消費(fèi)者取產(chǎn)品的位置int buffM = 0; / 緩沖初始化為0， 開始時(shí)沒有產(chǎn)品sem_t empty_sem; / 同步信號(hào)量， 當(dāng)滿了時(shí)阻止生產(chǎn)者放產(chǎn)品se

16、m_t full_sem; / 同步信號(hào)量， 當(dāng)沒產(chǎn)品時(shí)阻止消費(fèi)者消費(fèi)pthread_mutex_t mutex; / 互斥信號(hào)量， 一次只有一個(gè)線程訪問緩沖int product_id = 0; /生產(chǎn)者idint prochase_id = 0; /消費(fèi)者id/* 打印緩沖情況 */void print()int i;for(i = 0; i < M; i+) printf("%d ", buffi);printf("n");/* 生產(chǎn)者方法 */ void *product()int id = +product_id;while(1) / 用

17、sleep的數(shù)量可以調(diào)節(jié)生產(chǎn)和消費(fèi)的速度，便于觀察 sleep(1); /sleep(1); sem_wait(&empty_sem); pthread_mutex_lock(&mutex); in = in % M; printf("product%d in %d. like: t", id, in); buffin = 1; print(); +in; pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&full_sem); /* 消費(fèi)者方法 */void *prochase()int id = +procha

18、se_id;while(1) / 用sleep的數(shù)量可以調(diào)節(jié)生產(chǎn)和消費(fèi)的速度，便于觀察 sleep(1);/sleep(1); sem_wait(&full_sem); pthread_mutex_lock(&mutex); out = out % M; printf("prochase%d in %d. like: t", id, out); buffout = 0; print(); +out; pthread_mutex_unlock(&mutex); sem_post(&empty_sem);int main()pthread_t i

19、d1N;pthread_t id2N;int i;int retN;/ 初始化同步信號(hào)量int ini1 = sem_init(&empty_sem, 0, M); int ini2 = sem_init(&full_sem, 0, 0); if(ini1 && ini2 != 0) printf("sem init failed n"); exit(1); /初始化互斥信號(hào)量 int ini3 = pthread_mutex_init(&mutex, NULL);if(ini3 != 0) printf("mutex init failed n"); exit(1); / 創(chuàng)建N個(gè)生產(chǎn)者線程for(i = 0; i < N; i+) reti = pthrea