操作系统第6次实验报告：使用信号量解决进程互斥访问

时间：2020-05-28 14:56:58 阅读：79 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

标签：str else 其他 std art turn union color sys

郑楚杭
201821121009
计算1811

1. 选择哪一个问题

选题为哲学家就餐问题

2. 给出伪代码

算法思想：

philosopher代表一个哲学家的活动，将其创建为五个不同的线程代表五位不同的哲学家。每位哲学家先思考（伪代码中的think）

，当某位哲学家饥饿的时候（伪代码中的hungry），就拿起他左边的筷子，然后拿起他右边的筷子，然后进餐，然后放下他左

右的筷子并进行思考。因为筷子是临界资源，所以当一位哲学家拿起他左右的筷子的时候，就会对他左右的筷子进行加锁，使

其他的哲学家不能使用，当该哲学家进餐完毕后，放下了筷子，才对资源解锁，从而使其他的哲学家可以使用。

void philosopher (void* arg) {
    while (1) {
        think();　　　　　　　　　　//思考
        hungry();　　　　　　　　　 //饥饿
        P(left);　　//拿起左筷子并更改信号量
        P(right);　　//拿起右筷子并更改信号量
        eat();　　　　　　　　　　　　//进餐
        V(left);    //放下左筷子
        V(right);　　//放下右筷子
    }
}

存在的死锁问题：

由于每个线程都等待其他线程释放资源从而被唤醒，从而每个线程陷入了无限等待的状态。在哲学家就餐问题中，

假设一开始每位哲学家都拿起其左边的筷子，然后每位哲学家又都尝试去拿起其右边的筷子，这个时候由于每根

筷子都已经被占用，因此每位哲学家都不能拿起其右边的筷子，只能等待筷子被其他哲学家释放。由此五个线程

进入了无限等待的状态，因此就陷入了死锁。

死锁问题的解决：

为了解决死锁问题，可以规定奇数号哲学家先拿起他左边的筷子，然后再去拿他右边的筷子，而偶数号的哲学家

则相反，这样的话总能保证一个哲学家能获得两根筷子完成进餐，从而释放其所占用的资源，伪代码如下：

void philosopher (void* arg) {
    int left = i;
    int right = (i + 1) % N;
    while (1) {
        think();　　　　　　　　　　//思考
        hungry();
        if (i % 2 == 0) {//偶数哲学家，先右后左　　　　　　　　　 
            P(right);
            P(left);
            eat();　　　　　　　　　　　　//进餐
            V(left);    //放下左筷子
            V(right);　　//放下右筷子
        }
        else {
            P(left]);
            P(right);
            eat();　
            P(right);
            P(left);
        }
    }
}

3. 给出完整代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<malloc.h>
#include<time.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<semaphore.h>
#include<errno.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>
#include<sys/wait.h>
#ifndef _SEMUN_H
#define _SEMUN_H
union semun {
        int val;                        /* value for SETVAL */
        struct semid_ds *buf;           /* buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
        unsigned short *array;      /* array for GETALL, SETALL */
        struct seminfo *__buf;          /* buffer for IPC_INFO */
};
#endif

int sem_id; 
 
void P(unsigned short int phi_no)
{
    struct sembuf sbuf;
    sbuf.sem_num = phi_no; /*序号*/
    sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
    sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;

    semop(sem_id, &sbuf, 1);
}


void V(unsigned short int phi_no)
{
    struct sembuf sbuf;
    sbuf.sem_num = phi_no; /*序号*/
    sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/
    sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;

    semop(sem_id, &sbuf, 1);
        
}

void philosopher(unsigned short int phi_no) {
    int left = phi_no; //记录左筷子编号
    int right = (phi_no + 1) % 5; //记录右筷子编号 
    while(1) {
        printf("哲学家%d正在思考问题\n", phi_no);
        printf("哲学家%d饿了\n", phi_no);
        if(phi_no % 2 == 0) {    //偶数先右后左 
            P(right);
            /*printf("哲学家%d拿起了右手边筷子\n", phi_no);*/
            P(left);
            /*printf("哲学家%d拿起了左手边筷子\n", phi_no);*/
            printf("哲学家%d正在就餐\n", phi_no);
            V(left);
            /*printf("哲学家%d放下了左手边筷子\n", phi_no);*/
            V(right);
            /*printf("哲学家%d放下了右手边筷子\n", phi_no);*/
        }
        else {                    //奇数先左后右 
            P(left);
            /*printf("哲学家%d拿起了左手边筷子\n", phi_no);*/
            P(right);
            /*printf("哲学家%d拿起了右手边筷子\n", phi_no);*/
            printf("哲学家%d正在就餐\n", phi_no);
            V(right);
            /*printf("哲学家%d放下了右手边筷子\n", phi_no);*/
            V(left);
            /*printf("哲学家%d放下了左手边筷子\n", phi_no);*/
        }
    } 
}

int main() {
    // Step 1: create semaphore
    // Generate a key
    key_t key = ftok("/home", 1);
    if (key == -1){
        printf("ftok error.\n");
        exit(1);
    }

    // 创建信号量集，其中只有一个信号量
    sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666);
    if(sem_id == -1) {
        printf("semget error.\n");
        exit(1);
    }


    // Step 2: Init semaphore
    union semun arg;
    arg.val = 1;

    if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, arg) == -1) {
        printf("semctl error.\n");
        exit(1);
    }

    // Step 3: Manage dining
    unsigned short int phi_no;    //number of philosopher
    pid_t pid;
    for (int i = 0; i < 5; i++){
        pid = fork();
        if (pid == -1) {
            printf("fork error.\n");
            exit(1);
        }
        if (pid == 0) {
            phi_no = i;
            break;
        }
    }
    
    philosopher(phi_no);
    return 0;
}