华中科技大学操作系统实验报告

1华中科技大学电信学院操作系统实验报告电子信息与通信学院班级：电信1202班姓名：XX学号：U2012133XX时间：2014年11月5日2实验一哲学家就餐问题一．实验目的1.熟悉哲学家就餐问题流程，编译程序，了解程序运行过程。2.理解利用设置信号量及P、V操作解决进程间的互斥这一方法，并了解其代码实现的相关方法，提炼出代码的思想（用伪代码表示）。3.对哲学家就餐问题提出新的解决方式，并简述其实现过程。二．实验原理1、问题描述有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心粉，每人面前有一只空盘子，每两人之间放一只筷子。每个哲学家的行为是思考，感到饥饿，然后吃通心粉。为了吃通心粉，每个哲学家必须拿到两只筷子，并且每个人只能直接从自己的左边或右边去取筷子。2、分配方式方式一（不会进入死锁）仅当一个哲学家左右两边的筷子都可用时，才允许他拿筷子。这样要么一次占有两只筷子（所有线程需要的资源）进行下一步的吃通心粉，然后释放所有的资源；要么不占用资源，这样就不可能产生死锁了。方式二（会进入死锁）当筷子（资源）可用时，先分配左边的筷子，等待一会后再分配右边的筷子，由于这个过程中，左边的筷子一直没有释放，就有可能产生死锁了。3、程序运行说明程序运行过程中会弹出一个MessageBox提示操作者操作：1）第一个对话框用于选择运行模式a．选择yes表示采用的是运行的防止死锁的方式，这样的话整个程序可以一直运行下去，不会产生死锁。b．选择no表示运行产生死锁的方式会弹出第二个对话框。2）第二个对话框用于选择运行时，线程运行的时间a.选择res线程时间比较短，很快就可以死锁b．选择no线程时间跟选择yes时候的时间差不多，产生死锁的时间稍微长一点。三．实验程序流程及分析1、PhilosopherThread函数源代码DWORDWINAPIPhilosopherThread(LPVOIDpVoid){HANDLEmyChopsticks[2];intiPhilosopher=(int)pVoid;intiLeftChopstick=iPhilosopher;intiRightChopstick=iLeftChopstick+1;DWORDresult;if(iRightChopstickPHILOSOPHERS-1)//筷子编号过了5就使它为03iRightChopstick=0;//Randomizetherandomnumbergeneratorsrand((unsigned)time(NULL)*(iPhilosopher+1));//rememberhandlesformychopsticksmyChopsticks[0]=gchopStick[iLeftChopstick];//定义哲学家的左右筷子myChopsticks[1]=gchopStick[iRightChopstick];gDinerState[iPhilosopher]=RESTING;//wantschopsticksSleep(P_DELAY);for(;;){if(bWaitMultiple==FALSE){//WaituntilbothofmychopsticksareavailablegDinerState[iPhilosopher]=WAITING;//wantschopsticksPostMessage(hWndMain,WM_FORCE_REPAINT,0,0);result=WaitForSingleObject(gchopStick[iLeftChopstick],INFINITE);MTVERIFY(result==WAIT_OBJECT_0);gChopstickState[iLeftChopstick]=iPhilosopher;Sleep(P_DELAY/4);gDinerState[iPhilosopher]=WAITING;//wantschopsticksPostMessage(hWndMain,WM_FORCE_REPAINT,0,0);result=WaitForSingleObject(gchopStick[iRightChopstick],INFINITE);MTVERIFY(result==WAIT_OBJECT_0);gChopstickState[iRightChopstick]=iPhilosopher;}else{//WaituntilbothofmychopsticksareavailablegDinerState[iPhilosopher]=WAITING;//wantschopsticksPostMessage(hWndMain,WM_FORCE_REPAINT,0,0);result=WaitForMultipleObjects(2,myChopsticks,TRUE,INFINITE);MTVERIFY(result=WAIT_OBJECT_0&&resultWAIT_OBJECT_0+2);gChopstickState[iLeftChopstick]=iPhilosopher;gChopstickState[iRightChopstick]=iPhilosopher;}//Philosophercannoweatagrainofrice4gDinerState[iPhilosopher]=EATING;//philosopheriseatingPostMessage(hWndMain,WM_FORCE_REPAINT,0,0);Sleep(P_DELAY);//PutdownchopsticksgDinerState[iPhilosopher]=RESTING;//philosopherisrestinggChopstickState[iRightChopstick]=UNUSED;gChopstickState[iLeftChopstick]=UNUSED;PostMessage(hWndMain,WM_FORCE_REPAINT,0,0);MTVERIFY(ReleaseMutex(gchopStick[iLeftChopstick]));//释放筷子资源MTVERIFY(ReleaseMutex(gchopStick[iRightChopstick]));//PhilosophercannowmeditateSleep(P_DELAY);}//endforreturn0;}2、伪代码对于每一个哲学家来说，他们需要抢占的临界资源就是左右的两支筷子。如下写出两种分配资源方式的算法：（1）不发生死锁的方式（要么一下占用两支筷子，要么不占用）varmutexleftchopstick,mutexrightchopstick;beging:resting;waiting;p(mutexleftchopstick);p(mutexrightchopstick);GetResource(leftchopstick,rightchopstick);eating;v(mutexleftchopstick);v(mutexrightchopstick);end（2）发生死锁的方式（一旦可以占用筷子，就马上占用）varmutexleftchopstick,mutexrightchopstick;beging:resting;waiting;p(mutexleftchopstick);GetResource(leftchopstick);p(mutexrightchopstick);GetResource(rightchopstick);eating;5v(mutexleftchopstick);v(mutexrightchopstick);end3、代码运行结果（1）选择Y，程序正常运行，如下图所示：（2）选择N，程序进入死锁，如下图所示：64.代码分析：1）在本代码中，为了防止死锁，先确定两只筷子均没被占用才获取筷子，这样就打破了死锁的必要条件中的循环等待条件。2）在本代码中，想要发生死锁，只需要在有一根筷子时即占用。这样由于资源不可抢占且不可剥夺，因此很容易形成一个循环等待队列，因而产生死锁。四、思考题：其他解决死锁的方案：方案一：至多只允许四个哲学家同时进餐，以保证至少有一个哲学家能够进餐，并释放出他所使用过的两支筷子，从而可使更多的哲学家进餐。将room作为信号量，只允许4个哲学家同时就餐，这样就能保证至少有一个哲学家可以就餐，而申请就餐的哲学家进入room的等待队列，根据FIFO的原则，总会进入到餐厅就餐，因此不会出现饿死和死锁的现象。伪码如下：semaphorechopstick[5]={1，1，1，1，1};semaphoreroom=4;voidphilosopher(inti){while(true){Think();wait(room);//请求进入房间进餐wait(chopstick[i]);//请求左手边的筷子wait(chopstick[(i+1)%5]);//请求右手边的筷子eat();signal(chopstick[(i+1)%5]);//释放右手边的筷子signal(chopstick[i]);//释放左手边的筷子signal(room);//退出房间释放信号量room}}方案二：规定奇数号哲学家先拿起他左边的筷子，然后再去拿右边的筷子；而偶数号的哲学家则相反。因此，会有1、2号哲学家竞争1号筷子,3、4号哲学家竞争3号筷子，五个哲学家都先竞争奇数号筷子,再去竞争偶数号筷子,最后总会有一个哲学家能获得两支筷子而进餐。而申请不到的哲学家进入阻塞等待队列，根FIFO原则，不会出现饿死的哲学家。伪码如下：semaphorechopstick[5]={1，1，1，1，1};voidphilosopher(inti){while(true){think();if(i%2==0)//偶数哲学家，先右后左。{7wait(chopstick[i+1]mod5);wait(chopstick[i]);eat();signal(chopstick[i+1]mod5);signal(chopstick[i]);}else//奇数哲学家，先左后右。{wait(chopstick[i]);wait(chopstick[i+1]mod5);eat();signal(chopstick[i]);signal(chopstick[i+1]mod5);}}五、实验总结：通过本次实验，我对哲学家就餐问题加深了理解，明白了设计程序时如果考虑不周，就有可能出现死锁饥饿等现象。本次实验也帮助我增强了阅读C语言的能力，尽管老师已经详细解释了这个哲学家就餐问题的算法思路，伪代码也能够看懂，但具体到用源代码实现时，我们的编程能力往往满不足了独立设计程序的需要。这要求我们加强课外的学习，提高自己的实践能力。从这次实验中，我也看到解决死锁的方案有多种，并不止源代码给出的那一个方案。这给我们启发：探索永无止境。我们面对新的问题时，一定要勤于思考，开动脑筋，这样才能找到一个保证效率与稳定性的解决问题之道。8实验二阅读者和写入者问题一、实验目的：1、巩固VC++6.0的使用，调试并正确运行程序。2、理解阅读者和写入者中出现的问题，掌握信号量在处理这类问题中起到的作用。理解源代码如何实现对阅读者和写入者权限的管理。3、编译源程序，熟悉窗口操作。4、写出ReaderThread()和WriterThread()函数伪码，并完成思考题二、实验原理：1、问题描述：有一个公用的数据集，有很多人需要访问，其中一些需要阅读其中的信息，一些需要修改其中的消息。阅读者可以同时访问数据集，而写入者只能互斥的访问数据集，不能与任何的进程一起访问数据区。2、源程序算法实现调度说明：程序中，实现读者优先的原则，即当有读者等待时，优先使读者读消息，等到读者阅读完成后再进行写入操作（不可同时读出和写入，但可以同时多用户读出）。当同时又写入和读出等待时，同样先执