操作系统第6次实验报告：使用信号量解决进程互斥访问

• 姓名 那宝龙
• 学号 201821121054
• 班级 计算1812

1. 选择哪一个问题

　　哲学家进餐问题

 

 

2. 给出伪代码

思想：规定哲学家的座位奇数和偶数号，奇数号哲学家先动左筷子后右筷子，而偶数哲学家相反先动右筷子再动左筷子。所以，即是1、2号哲学家竞争1号筷子，3、4号哲学家竞争3号筷子。即五个哲学家都竞争奇数号筷子，竞争完成后，再去竞争偶数号筷子，这样总会有一个哲学家能获得两支筷子而进餐解决死锁问题的办法就是同时只允许四位哲学家同时拿起同一边的筷子，这样就能保证一定会有一位哲学家能够拿起两根筷子完成进食并释放资源，供其他哲学家使用，从而实现永动，避免了死锁。

semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1};
void philosopher(int i)
{
	while(true)
	{
		think();
		if(i%2 == 0) //偶数哲学家拿起筷子为先右后左。
		{
			wait (chopstick[(i + 1)%5]) ;
			wait (chopstick[i]) ;
			eat();
			signal (chopstick[(i + 1)%5]) ;
			signal (chopstick[i]) ;
		}
		else //奇数哲学家拿起筷子为先左后右。
		{
			wait (chopstick[i]) ;
			wait (chopstick[(i + 1)%5]) ;
			eat();
			signal (chopstick[i]) ;
			signal (chopstick[(i + 1)%5]) ;
		}
	}
}

 

 

3. 给出完整代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/wait.h>
union semun{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
struct seminfo *__buf;
};
#define ERR_EXIT(m) \
do { \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0)
//相当于P操作
int wait_1chopstick(int no,int semid)
{
struct sembuf sb = {no,-1,0};
int ret= semop(semid,&sb,1);//semop()系统调用在semid标识的信号量集中的信号量上执行一个或 多个up或down操作，可用于进程间的同步和互斥。
if(ret < 0) {
ERR_EXIT("semop");
}
return ret;
}
//相当于V操作
int free_1chopstick(int no,int semid){
struct sembuf sb = {no,1,0};
int ret;
ret = semop(semid,&sb,1);
if(ret < 0) {
ERR_EXIT("semop");
}
return ret;
}
#define DELAY (rand() % 5 + 1)
//相当于P操作
void wait_for_2chopstick(int no,int semid){
//哲学家左边的筷子号数
int left = no;
//右边的筷子
int right = (no + 1) % 5;
//筷子值是两个
//第一个参数是编号
struct sembuf buf[2] = {
{left,-1,0}, //左右两只筷子都能用时才进餐
{right,-1,0}
};
//信号集中有5个信号量，只是对其中的//资源sembuf进行操作
semop(semid,buf,2);
}
//相当于V操作
void free_2chopstick(int no,int semid){
int left = no;
int right = (no + 1) % 5;
struct sembuf buf[2] = {
{left,1,0},
{right,1,0}
};
semop(semid,buf,2);
}
void philosophere(int no,int semid){
srand(getpid());
for(;;) {
#if 1
//当两筷子都可用时哲学家才能吃饭，这样不相邻的哲学家就可吃上饭
printf("%d 正在思考\n",no);
sleep(DELAY);
printf("%d 饿了\n",no);
wait_for_2chopstick(no,semid);//拿到筷子才能吃饭
printf("%d 正在进餐\n",no);
sleep(DELAY);
free_2chopstick(no,semid);//释放筷子
#else
//可能会造成死锁
int left = no;
int right = (no + 1) % 5;
printf("%d 正在思考\n",no);
sleep(DELAY);
printf("%d 饿了\n",no);
wait_1chopstick(left,semid);
sleep(DELAY);
wait_1chopstick(right,semid);
printf("%d 正在进餐\n",no);
sleep(DELAY);
free_1chopstick(left,semid);
free_1chopstick(right,semid);
#endif
}
}
int main(int argc,char *argv[]){
int semid;
//创建信号量
semid = semget(IPC_PRIVATE,5,IPC_CREAT | 0666);
if(semid < 0) {
ERR_EXIT("semid");
}
union semun su;
su.val = 1;
int i;
for(i = 0;i < 5;++i) {
semctl(semid,i,SETVAL,su);//semctl()系统调用在一个信号量集或集合中的单个信号量上执行各种控制操作
}
//创建4个子进程
int num = 0;
pid_t pid;
for(i = 1;i < 5;++i) {
pid = fork();
if(pid < 0) {
ERR_EXIT("fork");
}
if(0 == pid) {
num = i;
break;
}
}
philosophere(num,semid);//num 代表进程号
return 0;
}

 

 

4. 运行结果并解释

 

五位哲学家就坐思考，1号先开始就餐，之后0，2，4号同时想就餐，但此时0号和2号的筷子能用的筷子被1号占用，只有4号成功的就餐，然后1号吃完放下筷子，因为0号的筷子有一个4号在用，而2号的左右筷子都空闲，所以2号可以进餐，以此类推，这样就解决了死锁问题。