操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)利用多線程和信號(hào)量解決哲學(xué)家進(jìn)餐問題ava實(shí)現(xiàn)

1、操 作 系 統(tǒng) 課 程 設(shè) 計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題：利用信號(hào)量和多線程機(jī)制實(shí)現(xiàn)“哲學(xué)家進(jìn)餐”問題 所在學(xué)院：信息工程學(xué)院班級(jí)：計(jì)科1201學(xué)號(hào)：121404114姓 名：魏祥指導(dǎo)教師：徐向英2015年1月1日目錄3二、課題內(nèi)容 3三、設(shè)計(jì)思路 3四、源代碼5五、運(yùn)行與測試 9六、心得體會(huì)10一、課程設(shè)計(jì)目標(biāo)學(xué)習(xí)多線程編程，使用線程的同步機(jī)制實(shí)現(xiàn) “哲學(xué)家進(jìn)餐”問題。具體要求：1 .創(chuàng)建POSIX 線程，實(shí)現(xiàn)多線程的并發(fā)執(zhí)行，驗(yàn)證多線程共享進(jìn)程資源的特性。2 .使用互斥量和條件變量，或使用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)線程的同步互斥。3 . 驗(yàn)證 “哲學(xué)家進(jìn)餐” 問題中的死鎖情況，并加以解決。二、課題內(nèi)容哲學(xué)家進(jìn)餐問題

2、由 Dijkstra 提出，問題描述有五個(gè)哲學(xué)家共用一張圓桌，分別坐在周圍的五張椅子上， 在圓桌上有五個(gè)碗和五支筷子， 他們的生活方式是交替地進(jìn)行思考和進(jìn)餐。 平時(shí)， 一個(gè)哲學(xué)家進(jìn)行思考， 饑餓時(shí)便試圖取用其左右最靠近他的筷子， 只有在他拿到兩只筷子時(shí)才能進(jìn)餐。 進(jìn)餐完畢， 放下筷子繼續(xù)思考。本次課題要求使用多線程和信號(hào)量解決哲學(xué)家進(jìn)餐問題。 并演示產(chǎn)生死鎖的情況。三、設(shè)計(jì)思路經(jīng)分析可知，放在桌子上的筷子是臨界資源，在一段時(shí)間內(nèi)只允許以為哲學(xué)家使用。 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)筷子的互斥， 可以用一個(gè)信號(hào)量表示一只筷子， 由著五個(gè)信號(hào)量構(gòu)成信號(hào)量數(shù)組。當(dāng)哲學(xué)家饑餓時(shí)總是先去拿左筷子，成功后在拿右筷子。當(dāng)五位哲

3、學(xué)家同時(shí)拿起左筷子，這是每位哲學(xué)家都沒有右筷子可以拿，就會(huì)造成死鎖。思路 1：利用記錄型信號(hào)量設(shè)置值為 4 的記錄型信號(hào)量，至多只允許四位哲學(xué)家同時(shí)去拿左筷子(leftStick.getSema().acquire(),只有拿到左筷子，才能繼續(xù)拿右筷子(rightStick.getSema().acquire()。拿到兩雙筷子之后便可以用餐，用餐完畢，先放下左筷子(leftStick.getSema().release)() ，再放下右筷子(rightStick.getSema().release() 。這樣便可以避免思索問題。思路2：利用AND 型信號(hào)量要求每個(gè)哲學(xué)家必須獲取兩個(gè)筷子的時(shí)候才

4、能夠進(jìn)餐，只得到一只筷子不能進(jìn)餐時(shí)，要求釋放那一只筷子。可以使用 AND 型信號(hào)量將左筷子和右筷 子信號(hào)量的獲取組成一個(gè)原子操作。如此也可以避免死鎖問題。本次課程設(shè)計(jì)是在windows系統(tǒng)下完成，編程語言為java,開發(fā)環(huán) 境:Eclipse。由于在java語言中使用記錄型信號(hào)量更為方便，所以本次課題我使用的是思路一。static Semaphore room = new Semaphored);設(shè)置值為4的記錄型信號(hào)量，至多只允許四個(gè)哲學(xué)家同時(shí)拿起左筷子。private Semaphore semaphore = new Semaphore。);在筷子類中為筷子設(shè)置值為1信號(hào)量。room.a

5、cquire();/獲取值為4的信號(hào)量leftStick .getSema().acquire();/ 獲取左筷子信號(hào)量Thread. sleep (1000 * 1);/拿到左筷子之后等待2秒，觀察死鎖rightStick .getSema().acquire(); / 獲取右筷子信號(hào)量 eat();Thread. sleep (1000 * 2);/用完餐后等待2秒，繼續(xù)思考finishEat();leftStick.getSema().release();/ 釋放左筷子信號(hào)量rightStick .getSema().release();/ 釋放右筷子信號(hào)量room.release();

6、/釋放值為4的信號(hào)量當(dāng)需要演示死鎖的情況是，只需要將room.acquire(); 和room.release();這兩行注釋掉，取消至多只允許四位哲學(xué)家一起拿起左筷子的限制，就會(huì)產(chǎn)生死 鎖。ChopStick口chopStick = new ChopStick5;for (int i = 0; i < 5; i +) chopStick i = new ChopStick( i );INew出編號(hào)0到4的五支筷子。Philosopherph0 =new Philosopher(0,chopStick0,chopStick1);Philosopherph1 =new Philosophe

7、r。chopStick1,chopStick2);Philosopherph2 =new Philosopher(2,chopStick2,chopStick3);Philosopherph3 =new Philosopher(3,chopStick3,chopStick4);Philosopherph4 =new Philosopher(4,chopStick4,chopStick0);New出編號(hào)0到4的五位哲學(xué)家，他們分別對(duì)應(yīng)著自己的左、右兩支筷子。ExecutorService excutor = Executors. newFixedThreadPool (5);5位哲學(xué)家用餐，所以

8、需要 5個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行，創(chuàng)建容量為 5的線程池。四、源代碼/在Windows下運(yùn)行，筷子類(ChopStick.java)public class ChopStick private int ID;private boolean available;private Semaphore semaphore = new Semaphore(1);public ChopStick(int ID)this.ID = ID;this.available = true;this.semaphore = new Semaphore(1);public void setAvai(boolean availab

9、le) this.available = available;public boolean getAvai() return this.available;public Semaphore getSema() return this.semaphore;public void setSema(Semaphore sema) this.semaphore = sema;public int getId() return this.ID;哲學(xué)家類 (Philosopher.java)public class Philosopher implements Runnableprivate int ID

10、;static Semaphore room = new Semaphore(4);private ChopStick leftStick;private ChopStick rightStick;public Philosopher(int ID, ChopStick cs1, ChopStick cs2) this.ID = ID;this.leftStick = cs1;this.rightStick = cs2;public void getLeftChopStick()public int getId()return ID;public void eat()leftStick.set

11、Avai(false);rightStick.setAvai(false);public void think()public void finishEat()leftStick.setAvai(true);rightStick.setAvai(true);public void readyToEat()public void cannotEat()public void run()tryroom.acquire();this.readyToEat();this.cannotEat();Thread.sleep(1000 * 1);this.eat();Thread.sleep(1000 *

12、2);this.finishEat();room.release();catch(InterruptedException ex) ex.toString();測試 (Test.java)public class Test public static void main(String args)Scanner input = new Scanner(System.in);menu();int choice = input.nextInt();while(choice != 1)if(choice = 0)ChopStick chopStick = new ChopStick5;for(int

13、i = 0; i < 5; i +)chopSticki = new ChopStick(i);ExecutorService excutor = Executors.newFixedThreadPool(5);Philosopher ph0 = new Philosopher(0, chopStick0, chopStick1); excutor.execute(new Philosopher(0, chopStick0, chopStick1); excutor.execute(new Philosopher(1, chopStick1, chopStick2); excutor.e

14、xecute(new Philosopher(2, chopStick2, chopStick3); excutor.execute(new Philosopher(3, chopStick3, chopStick4); excutor.execute(new Philosopher(4, chopStick4, chopStick0);excutor.shutdown();choice = input.nextInt();menu();public static void menu()五、運(yùn)行與測試1. 運(yùn)行界面2. 死鎖演示3. 無死鎖演示六、心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)我總得來說花的時(shí)間不是太多，代碼加起來一共不超過兩百行。我只用了一種思路來完成。思路一完成之后，我也嘗試著用思路二完成，但是 AND 型信號(hào)量的問題很難解決，最后便放棄了。拿到課題之前我對(duì)哲學(xué)家進(jìn)餐問題了解的還不是很透徹，我利用網(wǎng)絡(luò)和查詢課本徹底搞懂了哲學(xué)家進(jìn)餐問題。 并且得到兩種解決思路。 通過此次的課程設(shè)計(jì)， 我想我對(duì)多線程的編程理解更深了一點(diǎn)， 雖然說死鎖的出現(xiàn)幾率不是非常的大， 但是還是有可能會(huì)出現(xiàn)， 一旦出現(xiàn)，程序就會(huì)鎖在哪里，不能繼