操作系统哲学家进餐实验

《操作系统》实验报告实验题目：哲学家进餐问题

一、实验目的：实现linux下哲学家进餐问题。体会如何控制进程同步与互斥的信号量方法。二、实验内容：运用linux下fork，IPC信号量机制中的相关系统调用，IPC共享存储器机制，实现哲学家进餐问题。三、编程环境及工具Linux下GCC四、具体设计要求及有关说明Fork()在子进程刚被创建时，它和父进程具有相同的共享正文段，而其他进程信息则完全拷贝父进程得到。信号量调用的示例程序：#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/sem.h>#include<stdio.h>unionsemun{ intval; structsemid_ds*buf; ushort*array;}argument;intmain(){intid;/*Numberbywhichthesemaphoreisknownwithinaprogram*/argument.val=0;//新建一个信号量集合，包含一个信号量id=semget(IPC_PRIVATE,1,0666|IPC_CREAT);if(id<0){printf("Unabletoobtainsemaphore.\n");exit(-1);}//将信号量的值置为0if(semctl(id,0,SETVAL,argument)<0){printf("Cannotsetsemaphorevalue.\n");}else{printf("Semaphoreinitialized.\n");}}intlock_sem(intsemid,intmember){/*初始化sembuf结构，将指定信号量值减1。sem_flg指明操作的执行模式，它有两个标志位：IPC_NOWAIT（04000）：指明以非阻塞方式操作信号灯，即如果信号灯不可使用，则不等待，立即返回。SEM_UNDO（010000）：指明内核为信号灯操作保留恢复值，当进程调用exit退出时，内核自动为该进程恢复其操作以前的信号灯值。引进SEM_UNDO标志的作用是为了防止当进程异常退出时没有释放信号灯，而其它进程只能永远处于等待状态。*/structsembufsem_lock={member,-1,SEM_UNDO};//所要执行的是P操作intsemval;printf("----------------------------------inbegintogetsemaphore---------------------------------\n");semval=semctl(semid,member,GETVAL,0);//取得指定信号量的当前值printf("currentvalue=%d\n",semval);if(semop(semid,&sem_lock,1)==-1)//itwillbeblockeduntilgettheaccess

{printf("Lockfailed\n");return-1;}elseprintf("Semaphoreresourcesdecrementedbyone(locked)\n");semval=semctl(semid,member,GETVAL,0);//取得指定信号量的当前值，核对是否减了1printf("semvalformember%dis%d\n",member,semval);printf("-------------------------------------Hasgetsemaphore-------------------------------------\n");return0;}共享内存的使用五、实验结果及分析下图为程序结果显示，每个哲学家吃两次以后结束进程。程序过程：0试图去吃，发现旁边没人在吃，拿起筷子吃。1试图去吃，发现旁边有人在吃，1不能吃。等待旁边人吃完。2试图去吃，发现旁边没人在吃，2拿起筷子吃。3试图去吃，发现旁边有人在吃，3不能吃。等待旁边人吃完4试图去吃，发现旁边有人吃，4不能吃。等待旁边人吃完0吃完，放下筷子。4发现旁边筷子没人吃，拿起筷子去吃。2吃完，放下筷子。1发现旁边筷子没人用，拿起筷子去吃。0再一次试图去吃，发现旁边有人在吃，0不能吃，等待旁边人吃完。4吃完，放下筷子。3发现旁边筷子没人用，拿起筷子去吃。2再一次试图去吃，发现旁边有人在吃，2不能吃，等待旁边人吃完。1吃完，放下筷子。0发现旁边筷子没人用，拿起筷子去吃。4试图再一次吃，发现旁边有人在吃，4不能吃，等待旁边人吃完。3吃完，放下筷子。2发现旁边筷子没人用，拿起筷子去吃。1试图再一次吃，发现旁边有人在吃，1不能吃，等待旁边人吃完。0吃完，放下筷子。4发现旁边筷子没人用，拿起筷子去吃。3试图再一次吃，发现旁边有人在吃，1不能吃，等待旁边人吃完。2吃完，放下筷子。1发现旁边筷子没人用，拿起筷子去吃。4吃完，放下筷子。3发现旁边筷子没人用，拿起筷子去吃。1吃完，放下筷子。3吃完，放下筷子。程序结果分析：开始时，五人同时试图吃，同时只有0，和2能吃，其他在等待。当有人放下筷子时，在等待的人立即有一人可以进餐。直到没人都吃过两次以后，子进程全部结束，父进程结束。附录：程序源代码#include<sys/types.h>#include<unistd.h>#include<sys/wait.h>#include<stdio.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/sem.h>#include<stdlib.h>#include<errno.h>#defineN5//哲学家个数#defineLEFT(i+N-1)%N#defineRIGHT(i+1)%N#defineTHINKING0#defineHUNGRY1#defineEATING2structstate{ intbuf[N];//用于保存哲学家状态结构};unionsemun{//用于semctl的参数的结构 intval; structsemid_ds*buf; ushort*array;}argument;intnewshm()//新建共享内存大小为sizeof(structstate){ intshmid; shmid=shmget(IPC_PRIVATE,sizeof(structstate),IPC_CREAT); if(shmid==-1) printf("newshmerror\n"); returnshmid;}char*getshm(intshmid)//获得共享内存映射的指针{ char*ptr=NULL; ptr=shmat(shmid,(void*)0,0); if(ptr==(void*)-1) printf("getshmerror"); returnptr;}voidtest(intsemid,inti,intshmid){ structstate*t=(structstate*)getshm(shmid); if(t->buf[i]==HUNGRY&&t->buf[LEFT]!=EATING&&t->buf[RIGHT]!=EATING) { t->buf[i]=EATING; structsembufsop={i,1,SEM_UNDO}; semop(semid,&sop,1); }}voidtake_forks(intsemid,inti,intshmid){ printf("%dtrytotaketheforks\n",i); structsembufsop={5,-1,SEM_UNDO};//p共享内存信号量 semop(semid,&sop,1); staticstructstate*sta; sta=(structstate*)getshm(shmid); sta->buf[i]=HUNGRY; test(semid,i,shmid);//判断是否能吃 structsembufsop1={5,1,SEM_UNDO};//v共享内存信号量 semop(semid,&sop1,1); structsembufsop2={i,-1,SEM_UNDO};//p对应哲学家信号量 semop(semid,&sop2,1); printf("%dhastakentheforks\n",i);}voidput_forks(intsemid,inti,intshmid){ printf("%dhasputtheforks\n",i); structsembufsop={5,-1,SEM_UNDO};//p共享内存信号量 semop(semid,&sop,1); staticstructstate*sta; sta=(structstate*)getshm(shmid); sta->buf[i]=THINKING; test(semid,LEFT,shmid); test(semid,RIGHT,shmid); structsembufsop1={5,1,SEM_UNDO};//v共享内存信号量 semop(semid,&sop1,1);}voidprint(inti)//打印状态函数{ switch(i) { case2: printf("eating\n"); break; case1: printf("hungry\n"); break; case0: printf("thinking\n"); break; }}intmain(){ structstate*sta; intsemid,numsems=6; intpc,pr; intshmid; inti,j; char*shm; staticstructstate*t; semid=semget(IPC_PRIVATE,numsems,IPC_CREAT|0666);//创建六个信号量，最后一个5用于互斥共享内存中的数据 if(semid<0) { printf("createsemaphorefailed"); exit(-1); } else{ printf("sussesscreatesemaphore\n"); } argument.val=0; for(i=0;i<N;i++)//初始化信号量0-4为0 { if(semctl(semid,i,SETVAL,argument)<0) { printf("cannotsetsemaphorevalue.\n"); //exit(-1); } else { printf("Semaphoreinitialized\n"); } } argument.val=1;//初始化共享内存信号量为1 if(semctl(semid,5,SETVAL,argument)<0) { printf("cannotsetsemaphorevalue.\n"); //exit(-1); } else { printf("Semaphoreinitialized\n"); } shmid=newshm();//初始化共享内存中哲学家状态为THINKING sta=(structstate*)getshm(shmid); for(i=0;i<N;i++) { sta->buf[i]=THINKING; } for(j=0;j<N;j++)//创建子进程 { pc=fork(); if(pc==0||pc==-1)//如果是子进程，跳出循环，防止子进程继续创建子进程 break; } if(pc<0) printf("error!"); elseif(pc==0)//子进程 { intz=0; while(z<2)//吃两次 { t=(structs