操作系统课程设计利用多线程和信号量解决哲学家进餐问题java实现Word文档下载推荐.docx

1、五、运行与测试 9六、心得体会 10一、课程设计目标学习多线程编程，使用线程的同步机制实现“哲学家进餐”问题。具体要求：1.创建POSIX线程，实现多线程的并发执行，验证多线程共享进程资源的特性。2.使用互斥量和条件变量，或使用信号量实现线程的同步互斥。3. 验证 “ 哲学家进餐”问题中的死锁情况，并加以解决。二、课题内容哲学家进餐问题由Dijkstra提出，问题描述有五个哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围的五张椅子上，在圆桌上有五个碗和五支筷子，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐。平时，一个哲学家进行思考，饥饿时便试图取用其左右最靠近他的筷子，只有在他拿到两只筷子时才能进餐。进餐完毕，放下筷

2、子继续思考。本次课题要求使用多线程和信号量解决哲学家进餐问题。并演示产生死锁的情况。三、设计思路经分析可知，放在桌子上的筷子是临界资源，在一段时间内只允许以为哲学家使用。为了实现对筷子的互斥，可以用一个信号量表示一只筷子，由着五个信号量构成信号量数组。当哲学家饥饿时总是先去拿左筷子，成功后在拿右筷子。当五位哲学家同时拿起左筷子，这是每位哲学家都没有右筷子可以拿，就会造成死锁。思路1：利用记录型信号量 设置值为4的记录型信号量，至多只允许四位哲学家同时去拿左筷子（leftStick.getSema（）.acquire（），只有拿到左筷子，才能继续拿右筷子（rightStick.getSema（）

3、.acquire（）。拿到两双筷子之后便可以用餐，用餐完毕，先放下左筷子（leftStick.getSema（）.release（），再放下右筷子（rightStick.getSema（）.release（）。这样便可以避免思索问题。思路2：利用AND型信号量 要求每个哲学家必须获取两个筷子的时候才能够进餐，只得到一只筷子不能进餐时，要求释放那一只筷子。可以使用AND型信号量将左筷子和右筷子信号量的获取组成一个原子操作。如此也可以避免死锁问题。本次课程设计是在windows系统下完成，编程语言为java，开发环境:Eclipse。由于在java语言中使用记录型信号量更为方便，所以本次课题我使用

4、的是思路一。static Semaphore room = new Semaphore（4）; 设置值为4的记录型信号量，至多只允许四个哲学家同时拿起左筷子。private Semaphore semaphore = new Semaphore（1）;在筷子类中为筷子设置值为1信号量。room.acquire（）; /获取值为4的信号量leftStick.getSema（）.acquire（）; /获取左筷子信号量Thread.sleep（1000 * 1）;/拿到左筷子之后等待2秒，观察死锁rightStick.getSema（）.acquire（）; /获取右筷子信号量eat（）;Thre

5、ad.sleep（1000 * 2）; /用完餐后等待2秒，继续思考finishEat（）;leftStick.getSema（）.release（）; /释放左筷子信号量rightStick.getSema（）.release（）; /释放右筷子信号量room.release（）; /释放值为4的信号量当需要演示死锁的情况是，只需要将room.acquire（）;和room.release（）;这两行注释掉，取消至多只允许四位哲学家一起拿起左筷子的限制，就会产生死锁。ChopStick chopStick = new ChopStick5;for（int i = 0; i 5; i +） c

6、hopSticki = new ChopStick（i）;New出编号0到4的五支筷子。Philosopher ph0 = new Philosopher（0, chopStick0, chopStick1）;Philosopher ph1 = new Philosopher（1, chopStick1, chopStick2）;Philosopher ph2 = new Philosopher（2, chopStick2, chopStick3）;Philosopher ph3 = new Philosopher（3, chopStick3, chopStick4）;Philosopher

7、ph4 = new Philosopher（4, chopStick4, chopStick0）;New出编号0到4的五位哲学家，他们分别对应着自己的左、右两支筷子。ExecutorService excutor = Executors.newFixedThreadPool（5）;5位哲学家用餐，所以需要5个线程同时执行，创建容量为5的线程池。四、源代码/在Windows下运行,筷子类（ChopStick.java）import java.util.concurrent.Semaphore;public class ChopStick private int ID; private boole

8、an 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 available） this.available = available; public boolean getAvai（） return this.available; public Semaphore getSema（）

9、 return this.semaphore; public void setSema（Semaphore sema） this.semaphore = sema; public int getId（） return this.ID;哲学家类（Philosopher.java）public class Philosopher implements Runnable static Semaphore room = new Semaphore（4）; private ChopStick leftStick; private ChopStick rightStick; public Philosop

10、her（int ID, ChopStick cs1, ChopStick cs2） this.leftStick = cs1; this.rightStick = cs2; public void getLeftChopStick（） this.leftStick.setAvai（false）; return ID; public void eat（） leftStick.setAvai（false）; rightStick.setAvai（false）; System.out.println（哲学家+ this.getId（） + 正在用餐。）; public void think（） +

11、this.getId（） + 正在思考。 public void finishEat（）用餐结束,正在思考。 leftStick.setAvai（true）; rightStick.setAvai（true）; public void readyToEat（）饿了准备用餐。 public void cannotEat（）缺少筷子，不能用餐，等待。 public void run（） try room.acquire（）; this.readyToEat（）; if（this.leftStick.getSema（）.availablePermits（） = 0 | this.leftStick.

12、getSema（）.availablePermits（） = 0） this.cannotEat（）; this.leftStick.getSema（）.acquire（）; Thread.sleep（1000 * 1）; this.rightStick.getSema（）.acquire（）; this.eat（）; Thread.sleep（1000 * 2）; this.finishEat（）; this.leftStick.getSema（）.release（）; this.rightStick.getSema（）.release（）; room.release（）; catch（In

13、terruptedException ex） ex.toString（）; 测试（Test.java）import java.util.concurrent.*;import java.util.Scanner;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 C

14、hopStick5; for（int i = 0; 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）; ex

15、cutor.execute（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（）0: 演示1: 结束五、运行与测试1. 运行界面2. 死锁演示3. 无死锁演示六、心得

16、体会 本次课程设计我总得来说花的时间不是太多，代码加起来一共不超过两百行。我只用了一种思路来完成。思路一完成之后，我也尝试着用思路二完成，但是AND型信号量的问题很难解决，最后便放弃了。拿到课题之前我对哲学家进餐问题了解的还不是很透彻，我利用网络和查询课本彻底搞懂了哲学家进餐问题。并且得到两种解决思路。通过此次的课程设计，我想我对多线程的编程理解更深了一点，虽然说死锁的出现几率不是非常的大，但是还是有可能会出现，一旦出现，程序就会锁在哪里，不能继续执行。所以解决死锁是非常必要的。 由于我在学习java语言的时候，里面有专门降到多线程编程，这对我顺利的完成此次的课程设计有很大的帮助。Jdk里面丰富的类库也省去了我编写线程类和信号量类的功夫。虽然说不必考虑这些，但编写代码的时候我还是遇到了一些问题，多线程的执行和信号量的设置让我话费了一些时间。 总的说，这次课程设计，我只用了一种法案解决了哲学家进餐问题，这让我有点不满意。但独自完成课程设计的感觉还是很畅快的。也让我对多线程，信号量的理解更深了。