操作系统哲学家就餐问题实验报告

湖南商学院—课程论文第1页共11页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++6.04、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）开始定义信号量tools[5]定义哲学家类对象P1-P5哲学家的状态发生改变；P1.change();P2.change();P3.change();P4.change();P5.change()输出当前状态停止程序结束否湖南商学院—课程论文第2页共11页图1.主程序模块流程图图2.状态改变模块流程图哲学家处于的状态status==1否哲学家处于思考状态Status==2是状态改为等待status==0否哲学家处于等待Status==0是左右手筷子均空闲是拿起左右手筷子状态改为就餐status==1结束开始是放下左右手工具状态为思考Status==2湖南商学院—课程论文第3页共11页图3.返回哲学家状态流程图湖南商学院—课程论文第4页共11页图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；湖南商学院—课程论文第5页共11页（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湖南商学院—课程论文第6页共11页图6.测试结果2图7.测试结果3湖南商学院—课程论文第7页共11页图8.测试结果45、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#includewindows.h#includetime.h#includestring#includeiostream#includeassert.husingnamespacestd;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)湖南商学院—课程论文第8页共11页{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;}}湖南商学院—课程论文第9页共11页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;i5;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：-----------------------endl;cout哲学家1号的状态endl;cout筷子0的状态筷子1的状态endl;cout哲学家5号的状态哲学家2号的状态endl;cout筷子4的状态筷子2的状态endl;cout哲学家4号的状态哲学家3号的状态endl;cout筷子3的状态endl;//cout哲学家3号的状态endl;cout筷子的状态，用表示使用中，闲表示空闲中。endl;cout--------------------------------------------------------------湖南商学院—课程论文第10页共11页endl;//cout哲学家们开始生活：endl;//cout当前状态：;coutendl;//cincon;while(con=='y'){P1.Change();P2.Change();P3.Change();P4.Change();P5.Change();cout当前状态为：endl;coutP1.find()print(&P1)endl;couttoolstatus(tools[0])toolstatus(tools[1])endl;coutP5.find()print(&P5)P2.find()print(&P2)endl;couttoolstatus(tools[4])toolstatus(tools[2])endl;coutP4.find()print(&P4)P3.find()print(&P3)endl;couttoolstatus(tools[3])endl;cout--------------------------endl;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：;cincon;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endl;coutP1.find()print(&P1)endl;couttoolstatus(tools[0])toolstatus(tools[1])endl;coutP5.find()print(&P5)P2.find()print(&P2)endl;couttoolstatus(tools[4])toolstatus(tools[2])endl;coutP4.find()print(&P4)P3.find()print(&P3)endl;couttoolstatus(tools[3])endl;cout--------------------------endl;cout输入n继续；输入其他，结束程序：;湖南商学院—课程论文第11页共11页cincon;Sleep(20);}DeleteCriticalSection(&cs);//退出资源区return0;}