操作系统哲学家就餐问题实验报告.docx
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操作系统哲学家就餐问题实验报告
1、实验目的：
（1）、掌握基本的同步互斥算法，理解哲学家就餐模型。
（2）、了解windows2000/XP中多线程的并发执行机制，线程间的同步和互斥。
（3）、学习使用windows2000/XP中基本的同步对象，掌握相应的API。
2、实验要求
有五个哲学家共用一张放有五把椅子的餐桌，每人坐在一把椅子上，桌子上有五个碗和五只筷子，每人两边各放一只筷子。
哲学家们是交替思考和进餐，饥饿时便试图取其左右最靠近他的筷子。
条件：
（1）、只有拿到两只筷子时，哲学家才能吃饭。
（2）、如果筷子已被别人拿走，则必须等别人吃完之后才能拿到筷子。
（3）、任意一个哲学家在自己未拿到两只筷子吃饭前，不会放下手中拿到的筷子。
3、实验环境
硬件：
CPU：
AMDQL64内存：
2GB显卡：
ATI4570硬盘：
日立250G
软件：
Windows2000/XP。
开发工具：
VC++6.0
4、实验内容
1）实现原理
1、利用记录型信号量解决哲学家进餐问题；
2、临界区互斥编程原理。
2）程序结构（流程图）
图1.主程序模块流程图
图2.状态改变模块流程图
图3.返回哲学家状态流程图
图4返回餐具状态模块流程图
3）数据结构
（1）、定义一个哲学家类，包含两个私有对象和四个公有对象。
（2）、定义函数：
Number对象：
哲学家的编号；
Status对象：
保存当前该哲学家的状态，0表示等待，1表示吃饭，2表示思考；
Philosopher（intnum）方法：
哲学家类构造函数，参数num表示哲学家编号；find（）const方法：
返回该哲学家编号；
getinfo（）const方法：
返回哲学家当前状态；
Change（）方法：
根据题目要求改变哲学家的状态（等待->进餐->思考）
另外，程序中包含一个公有对象，bool类型数组tools[6]，用来保存6把餐具当前状态：
true表示该餐具当前空闲，false表示该餐具当前正被使用。
程序中还包含两个公有函数：
print和toolstatus。
Print用来返回一个哲学家的状态，toolstatus用来返回一个餐具的状态。
4）实现步骤
1）打开VC，选择菜单项File->New，选择Projects选项卡并建立一个名为xwj的win32consoleapplication工程，创建时注意指定创建该工程的目录；
（2）在工程中创建源文件xwj.cpp：
选择菜单项Project->Addtoproject->Files,此时将打开一个新窗口，在其中的“文件名”输入栏中输入自己想要创建的文件名，这里是xwj.cpp；接着询问是否创建新文件时回答“yes”。
通过Workspace->SourceFiles打开该文件，在其中编辑源文件并保存；
（3）通过调用菜单项Build->Rebuildall进行编译连接，可以在指定的工程目录下得到debug->xwj.exe程序。
5、实验测试及分析：
图5.测试结果1
图6.测试结果2
图7.测试结果3
图8.测试结果4
5、结果分析：
（1）、程序分为四大模块，一步步解决了哲学家状态及状态改变的问题，筷子的“闲”、“用”问题；
（2）、实现了哲学家等待、吃饭、思考三个过程的转换循环，并且避免了死锁问题；
（3）、让临界资源得到了充分的利用。
6、实验心得体会
（1）、这次实验加强了我上网查数检索问题的能力；
（2）、这次实验让我学会分模块解决问题，怎样运用互斥锁对临界资源进行管理；
（3）、这次实验，发现自己在编程上及一些函数的认识仍存在较大的问题，以后应该多多实践，提高自己的反应速度，加强逻辑思维能力。
附录：
源代码
#include
#include
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
booltools[5];//全局变量，用餐工具
CRITICAL_SECTIONcs;//信号量,在线程中使用，临界区
classPhilosopher
{
private:
intnumber;
intstatus;/*标记当前哲学家的状态,0表示正在等待
（即处于饥饿状态）,1表示得到两支筷子正在吃饭,2表示正在思考*/
public:
Philosopher（intnum=0）:
status
（2）,number（num）{}
constintfind（）
{
returnnumber;
}
constintgetinfo（）
{returnstatus;}
voidChange（）;//状态改变函数
voiddead_lock（）;
};
/////////
voidPhilosopher:
:
dead_lock（）
{
EnterCriticalSection（&cs）;//进入临界区
strings;
if（status==1）
{
tools[number%5]=true;
//tools[（number-1）%5]=true;
status=2;
}
elseif（status==2）
{
status=0;
//tools[（number-1）%5]=false;
//tools[（number-1）%5]=true;
}
elseif（status==0）
{
tools[number%5]=false;
tools[（number-1）%5]=false;
status=1;
}
LeaveCriticalSection（&cs）;
//cout<<"*********";
}
/////////
voidPhilosopher:
:
Change（）
{
EnterCriticalSection（&cs）;//进入临界区
if（status==1）//正在进餐
{
tools[number%5]=true;//放下左手工具
tools[（number-1）%5]=true;//放下右手工具
status=2;//改变状态为思考
}
elseif（status==2）//思考中
{
status=0;//改变状态为等待
}
elseif（status==0）//等待中
{
if（tools[number%5]&&tools[（number-1）%5]）//左右手两边工具均为空闲状态
{
tools[number%5]=false;//拿起左手工具
tools[（number-1）%5]=false;//拿起右手工具
status=1;
}
}
LeaveCriticalSection（&cs）;
}
stringprint（Philosopher*pA）
{
//pA->Change（）;
inti=pA->getinfo（）;
stringstr;
if（i==0）
str="等待";
elseif（i==1）
str="就餐";
elsestr="思考";
returnstr;
}
stringtoolstatus（boola）
{
stringstate;
if（a==true）
state="闲";
if（a==false）
state="用";
returnstate;
}
intmain（）
{
charcon='y';//判断是否继续
//con='n';
for（inti=0;i<5;i++）
tools[i]=true;//筷子都未使用，初始化
PhilosopherP1
（1）,P2
（2）,P3（3）,P4（4）,P5（5）;
InitializeCriticalSection（&cs）;//初始化初始化临界区
cout<<"-----------------------状态说明示意图：
-----------------------"<cout<<""<<"哲学家1号的状态"<<""<cout<<"筷子0的状态"<<""<<"筷子1的状态"<cout<<"哲学家5号的状态"<<""<<"哲学家2号的状态"<cout<<"筷子4的状态"<<""<<"筷子2的状态"<cout<<"哲学家4号的状态"<<""<<"哲学家3号的状态"<cout<<""<<"筷子3的状态"<//cout<<""<<"哲学家3号的状态"<<""<cout<<"筷子的状态，用表示使用中，闲表示空闲中。
"<cout<<"--------------------------------------------------------------"<//cout<<"哲学家们开始生活：
"<//cout<<"当前状态：
";
cout<//cin>>con;
while（con=='y'）
{
P1.Change（）;P2.Change（）;P3.Change（）;P4.Change（）;P5.Change（）;
cout<<"当前状态为：
"<cout<<""<cout<<""<cout<<""<cout<<""<cout<<""<cout<<""<cout<<"--------------------------"<cout<<"若要继续下一状态，输入y；输入n进入死锁；输入其他，结束程序：
";
cin>>con;
Sleep（20）;
}
while（con=='n'）
{
P1.dead_lock（）;
P2.dead_lock（）;P3.dead_lock（）;P4.dead_lock（）;P5.dead_lock（）;
cout<<"死锁情况"<cout<<""<cout<<""<cout<<""<cout<<""<cout<<""<cout<<""<cout<<"--------------------------"<cout<<"输入n继续；输入其他，结束程序：
";
cin>>con;
Sleep（20）;
}
DeleteCriticalSection（&cs）;//退出资源区
return0;
}
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