【操作系统】哲学界进餐问题实现

编程入门行业动态更新时间:2024-10-07 11:30:31

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【操作系统】哲学界进餐问题实现

实验原理：

实验目的：

实验数据及结果分析：

实验原理：

哲学家进餐问题可以通过限制同时进餐人数为4解决，为此需要设置一个值为4的互斥信号量sem_eaters,并且每根筷子只能同时由一个人使用，需要设置一个值为1的互斥信号量数组sem_chopstics。C语言中提供了实现信号量和线程创建等方法的库，可以使用C语言在ubuntu操作系统上实现哲学家进餐问题的解决。

实验目的：

掌握哲学家就餐问题，掌握预防死锁的实现方法；
了解Linux系统下进程和线程的实现；
掌握通过互斥量、POSIX信号量、XSI信号量集实现多线程/多进程同步控制的方法

实验内容：

熟悉Ubuntu系统环境和命令；熟悉Ubuntu系统下的多线程/多进程编程；在Ubuntu系统下编程实现哲学家就餐问题。实现教材2.5.2节中所描述的哲学家就餐问题。要求显示出每个哲学家的工作状态，如吃饭，思考。连续运行30次以上都未出现死锁现象。

实验器材（设备、元器件）：

PC计算机，操作系统：Ubuntu

实验步骤：

了解C语言实现线程互斥中的信号量、线程等使用方式

本实验主要用到了POSIX信号量，来自semaphore.h和来自pthread.h的线程创建等方法。

如sem_init()初始化信号量，sem_post()对信号量进行V操作，phtread_create()创建线程等函数，实现哲学家进餐问题。

考虑哲学家进餐问题的实现

本次实验中采用约束同时进餐人数的方式避免死锁发生，当同时进餐人数最多为4人的时候，不会发生死锁（还有同时请求两根筷子等解决方案，这里只说明其中一种）。可以通过一个初始值为4的信号量sem_eaters控制，以达到目的。

编写代码

图1

使用gcc编译.c文件

图2

执行编译后的文件

图3

运行结果

图4

实验数据及结果分析：

实验数据	类型	初始化
sem_eaters信号量	sem_t	sem_init 值为4
sem_chopstics信号量数组	sem_t	sem_init 值为1
PID数组	Int	{0,1,2,3,4}
pthreads数组	pthread_t	使用pthread_create初始化
循环次数	Int	70

通过70次循环哲学家问题，没有发现报错，即没有出现死锁，均正常执行。

实验代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
sem_t sem_eaters;//记录哲学家信号量
sem_t sem_chopstics[5];//记录筷子信号量
int PID[5] = {0,1,2,3,4};//记录进程ID
int num = 0;//记录当前已进餐人数
//初始化
void init(){
int i = 0, j ,k;
for (;i < 5;i++)
{
j = sem_init(&sem_chopstics[i],0,1);//初始化每一根筷子为值为1的信号量
if (j == -1) {
perror("初始化sem_chopstics信号量失败\n");
exit(1);
}
}
k = sem_init(&sem_eaters,0,4);//初始化哲学家信号量，即控制同时进餐的人数
if (k == -1)
{
perror("初始化sem_eaters信号量失败\n");
exit(1);
}
}
void * method(int* pid){
int p_num = (*pid) % 5;//当前进餐的哲学家编号
pirntf("当前第%d号哲学家思考中\n",&p_num);
sem_wait(&sem_eaters);
printf("拿起第%d根筷子\n",&p_num);
sem_wait(&sem_chopstics[p_num]);
printf("拿起第%d根筷子\n",&((p_num+1) % 5));
sem_wait(&sem_chopstics[(p_num+1)%5]);
pirntf("当前第%d号哲学家正在进餐~~\n",&p_num);
num++;//吃完了
pirntf("当前第%d号哲学家已经吃完了\n",&p_num);
//释放资源
sem_post(&sem_chopstics[(p_num)%5]);
sem_post(&sem_chopstics[(p_num+1)%5]);
sem_post(&sem_eaters);
}
int main()
{
for (int i = 1;i <= 50 ;i++ )
{
pthread_t pthreads[5];
printf("这是第%d次哲学家进餐问题\n",&i);
init();//初始化信号量
for (int j = 0;j < 5 ;j++ )
{
printf("创建第%d号线程\n",j);
int k = 0;
k = pthread_create(&pthreads[j],NULL,method,&PID[j]);//传入进程执行的方法method 要求是void *类型,并且传入函数需要的参数
if (k == -1) {
perror("线程创建失败\n");
exit(1);
}
}
for (int l = 0; l < 5;l++ )
{
pthread.join(pthreads[l],NULL);
}
//结束：销毁所有信号量
sem_destroy(&sem_eaters);
for (int p = 0;p < 5;p++) {
sem_destroy(&sem_chopstics[p]);
}
num = 0;
}
return 0;
}