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++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。）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；();();();();()输出当前状态否停止程序结束图1.主程序模块流程图开始哲学家处于的是 放下左右 否哲学家处于思考状态否哲学家处于等待状态为思考 是 状 态 改 为 等 待是左右手筷子均空闲是拿起左右手筷子状 态 改 为 就 餐结束图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(int num)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：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；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->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#include<>#include<>#include<string>#include<iostream>#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);//strings;if(status==1){

进入临界区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;//status=1;}}LeaveCriticalSection(&cs);}stringprint(Philosopher*pA){//pA->Change();inti=pA->getinfo();stringstr;

拿起右手工具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 ：-----------------------"<<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<<"--------------------------------------------------------------"<<endl;//cout<<" 哲学家们开始生活："<<endl;//cout<<" 当前状态：";cout<<endl;//cin>>con;while(con=='y'){();();();();();cout<<"当前状态为："<<endl;cout<<" "<<()<<print(&P1)<<" "<<endl;cout<<" "<<toolstatus(tools[0])<<""<<toolstatus(tools[1])<<endl;cout<<""<<()<<print(&P5)<<" "<<()<<print(&P2)<<endl;cout<<" "<<toolstatus(tools[4])<<""<<toolstatus(tools[2])<<endl;cout<<" "<<()<<print(&P4)<<" "<<()<<print(&P3)<<endl;cout<<" "<<toolstatus(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：";cin>>con;Sleep(20);}while(con=='n'){();();();();();cout<<"死锁情况"<<endl;cout<<" "<<()<<print(&P1)<<" "<<endl;cout<<" "<<toolstatus(tools[0])<<""<<toolstatus(tools[1])<<endl;cout<<""<<()<<print(&P5)<<" "<<()<<print(&P2)<<endl;cout<<" "<<toolstatus(tools[4])<<""<<toolstatus(to