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:2020-05-30
本文章向大家介绍操作系统第6次实验报告:使用信号量解决进程互斥访问,主要包括操作系统第6次实验报告:使用信号量解决进程互斥访问使用实例、应用技巧、基本知识点总结和需要注意事项,具有一定的参考价值,需要的朋友可以参考一下。
  • 姓名 胡家揆
  • 学号 201821121023
  • 班级 计算1811

1. 选择哪一个问题

  • 哲学家进餐问题

2. 给出伪代码


原理: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,最终总会释 
放出他所使用过的两支筷子,从而可使更多的哲学家进餐。以下将room 作为信号量,只允 
许4 个哲学家同时进入餐厅就餐,这样就能保证至少有一个哲学家可以就餐,而申请进入 
餐厅的哲学家进入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: 

semaphore chopstick[5]={11111};  
semaphore room=4;   
void philosopher(int i)   
{   
    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   
    }   
}

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

 哲学家:0 1 2 3 4 5 五个人

5个人一开始都进入思考状态

1开始吃、4也开始吃此时两个人在吃且不相邻,其他三位处于饥饿的等待状态w

然后4开始思考(释放进程),3开始吃(使用资源),1吃完了0开始吃……

……

……

始终满足哲学家进餐问题的条件:筷子够用

在拿起筷子前先判断左右两个筷子是否可用,可用才能拿,而且是同时拿,这样不相邻的哲学家就可以吃上饭,不会造成死锁。

原文地址:https://www.cnblogs.com/twistzz/p/12993157.html