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：林永鑫
• 学号：201821121040
• 班级：计算1812

1. 选择哪一个问题

选题哪个问题？

• 生产者-消费者问题
• 读者-写者问题
• 哲学家进餐问题

选择哲学家进餐问题

关于此问题：

有五个哲学家，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐，哲学家们共用一张圆桌，分别坐在周围的五张椅子上，

在圆桌上有五个碗和五支筷子，平时哲学家进行思考，饥饿时便试图取其左、右最靠近他的筷子，只有在他拿到

两支筷子时才能进餐，该哲学家进餐完毕后，放下左右两只筷子又继续思考。

约束条件

(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)任一哲学家在自己未拿到两只筷子吃完饭前，不会放下手中已经拿到的筷子。

2. 给出伪代码

程序中,哲学家编号为0到4,筷子编号也为0到4且与哲学家编号相同的筷子位于该哲学家左侧。

为了解决死锁的问题：仅当哲学家左右两侧的筷子都可用时，才允许他一次性同时拿起两只筷子。

semaphore  chopstick chopstick[5] = {1,1,1,1,1};

do
    {
        //think
        Sswait(chopstick[i],chopstick[(i+1)%5]);
        //eat
        Ssignal(chopstick[i],chopstick[(i+1)%5]);
    }while(true)

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)
//申请一个资源
int    wait_1fork(int no,int semid)
{
    //int left = no;
    //int right = (no + 1) % 5;
    struct sembuf sb = {no,-1,0};
    int ret;
    ret = semop(semid,&sb,1);
    if(ret < 0) {
        ERR_EXIT("semop");
    }
    return ret;
}
// 释放一个资源
int free_1fork(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;
}
//这里表明叉子是一个临界资源
#define DELAY (rand() % 5 + 1)
//相当于P操作
void wait_for_2fork(int no,int semid)
{
    //哲学家左边的刀叉编号和哲学家是一样的
    int left = no;
    //右边的刀叉
    int right = (no + 1) % 5;
    //刀叉值是两个
    //注意第一个参数是编号
    //操作的是两个信号量,即两种资源都满足,才进行操作
    struct sembuf buf[2] = {
        {left,-1,0},
        {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  ,释放刀叉
void free_2fork(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);
}
//哲学家要做的事
void philosophere(int no,int semid)
{
    srand(getpid());
    //srand(time(NULL));
    for(;;) 
    {
    #if 1
        //这里采取的措施是当两把刀叉都可用的时候(即两种资源都满足的时候)
        //哲学家才能吃饭，这样不相邻的哲学家就可吃上饭
        printf("%d is thinking\n",no);  // 思考中
        sleep(DELAY);
        printf("%d is hungry\n",no);  // 感觉到饥饿
        wait_for_2fork(no,semid);//拿到两把叉子才能吃饭
        printf("%d is eating\n",no);  // 吃饭
        sleep(DELAY);
        free_2fork(no,semid);//释放两把叉子
    #else
        //这段代码可能会造成死锁
        int left = no;
        int right = (no + 1) % 5;
        printf("%d is thinking\n",no);  // 思考中
        sleep(DELAY); 
        printf("%d is hungry\n",no);   // 感觉到饥饿
        wait_1fork(left,semid);    // 拿起左叉子,现在是只要有一个资源,就申请
        sleep(DELAY);            
        wait_1fork(right,semid);   // 拿到右叉子
        printf("%d is eating\n",no);  // 吃饭
        sleep(DELAY);
        free_1fork(left,semid); // 释放左叉子
        free_1fork(right,semid);  // 释放右叉子
    #endif
    }
}
int main(int argc,char *argv[])
{
    int semid;
    //创建信号量
     //信号量集中5个信号量
    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) {
        //注意第二个参数也是索引
        semctl(semid,i,SETVAL,su);
    }
    //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)  // 子进程
        {
            num = i;
            break;
        }
    }
    //这里就是哲学家要做的事情
   philosophere(num,semid);
    return 0;
}

4. 运行结果并解释

 

 

 运行结果：代码一直运行，不停止。说明没有出现死锁

第一行到第五行:5位哲学家都在思考中

第六行到第七行：编号为3的哲学家饿了，此时该哲学家左右两侧的筷子都可用，他一次性同时拿起两只筷子，开始进食

第八行：编号为2的哲学家饿了，此时该哲学家右侧的筷子被编号为3的哲学家使用中，所以该哲学家保持饥饿

第九行：编号为0的哲学家饿了，此时该哲学家左右两侧的筷子都可用，他一次性同时拿起两只筷子，开始进食

第十行：编号为4的哲学家饿了，此时该哲学家左侧的筷子被编号为3的哲学家使用中，所以该哲学家保持饥饿

第十一行：编号为0的哲学家进食结束，恢复思考状态

第十二行到第十三行：编号为1的哲学家饿了，此时该哲学家左右两侧的筷子都可用，他一次性同时拿起两只筷子，开始进食

第十四行到第十五行：编号为3的哲学家进食结束，恢复思考状态。此时编号为4的哲学家左右两侧的筷子都可用，他一次性同时拿起两只筷子，开始进食

第十六行：编号为0的哲学家饿了，此时该哲学家右侧的筷子被编号为1的哲学家使用中，所以该哲学家保持饥饿

第十七行：编号为4的哲学家进食结束，恢复思考状态

第十八行到第十九行：编号为3的哲学家饿了，此时该哲学家左右两侧的筷子都可用，他一次性同时拿起两只筷子，开始进食

第二十行：编号为0的哲学家进食结束，恢复思考状态