哲学家吃饭问题-实验报告-操作系统

目录1．设计题目与要求…………………………………………………21.1设计目的1.2设计要求2．总体设计思想与相关知识………………………………………22.1总体设计思想2.2问题描述2.3解决方案3．数据结构、流程图………………………………………………23.1数据结构3.2流程图4．源代码…………………………………………………………….35．运行结果………………………………………………………….66．结果分析………………………………………………………….77．总结及心得体会………………………………………………….721．设计题目与要求1.1设计目的掌握进程同步问题的解决思路及方法，熟练使用Windows操作系统提供的信号量机制解决各种进程同步问题。1.2设计要求设有五个哲学家,共用一张放有五把椅子的餐桌,每人坐在一把椅子上,桌子上有五个碗和五只筷子,每人两边各放一只筷子。哲学家们是交替思考和进餐,饥饿时便试图取其左右最靠近他的筷子。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)任意一个哲学家在自己未拿到两只筷子吃饭前,不会放下手中拿到的筷子。2．总体设计思想与相关知识2.1总体设计思想哲学家的生活就是思考和吃饭，即思考，饿了就餐，再思考，循环往复。要求是：每一个哲学家只有在拿到位于他左右的筷子后，才能够就餐；哲学家只能先拿左边的筷子，再去拿右边的筷子，而不能同时去抓他两边的筷子，也不能从其他哲学家手中抢夺筷子；哲学家每次就餐后必须放下他手中的两把筷子后恢复思考，不能强抓住餐具不放。设计一个程序，能够显示当前各哲学家的状态和桌上餐具的使用情况，并能无死锁的推算出下一状态各哲学家的状态和桌上餐具的使用情况。即设计一个能安排哲学家正常生活的程序。2.2问题描述可能出现死锁问题，因为当五个哲学家都饥饿时，都拿着一支筷子，这样就可能五个哲学家都用不上餐。2.3解决方案2.3.1最多允许4个哲学家同时坐在桌子周围。2.3.2给所有哲学家编号，奇数号的哲学家必须首先拿左边的筷子，偶数号的哲学家则反之。2.3.3为了避免死锁，把哲学家分为三种状态，思考，饥饿，进食，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，并且一次拿到两只筷子，否则不拿。3．数据结构及流程图3.1数据结构philosopherProc+myid:int+mystate:int+philosopherProc(LPVOIDlpParameter)+ResumeThread(hPhilosopher[i]):int+strcpy(stateStr,):int3程序中定义一个哲学家类，包含两个私有对象和四个公有对象。myid对象：报讯哲学家的编号。mystate对象：用于保存当前该哲学家的状态，philosopherProc(LPVOIDlpParameter)方法：哲学家类构造函数，PHILOSOPHER_NUM表示哲学家编号ResumeThread(hPhilosopher[i])方法：返回该哲学家编号strcpy(stateStr,)方法：返回哲学家当前状态根据题目要求改变哲学家的状态（饥饿-进餐-思考-饥饿…………）3.2流程图4．源代码(c++)//哲学家就餐问题的解法#includewindows.h#includeprocess.h开始mystate=THINKIN；（初始状态为THINKING）While（先检查左筷子是否可用）检查右筷子是否可用放下左筷子查看下一个哲学家改变哲学家的状态为DINING放下两支筷子，改变哲学家的状态为THINGKING结束4#includetime.h#includestdlib.h#includestdio.h#includeiostreamusingnamespacestd;//命名空间std内定义的所有标识符都有效constunsignedintPHILOSOPHER_NUM=5;//哲学家数目constcharTHINKING=1;/*标记当前哲学家的状态,1表示等待,2表示得到饥饿,3表示正在吃饭*/constcharHUNGRY=2;constcharDINING=3;HANDLEhPhilosopher[5];//定义数组存放哲学家/*HANDLE(句柄)是windows操作系统中的一个概念。指的是一个核心对象在某一个进程中的唯一索引*/HANDLEsemaphore[PHILOSOPHER_NUM];//semaphore用来表示筷子是否可用HANDLEmutex;//Mutex用来控制安全输出DWORDWINAPIphilosopherProc(LPVOIDlpParameter)//返回DWORD（32位数据）的API函数philosopherProc{intmyid;charidStr[128];charstateStr[128];charmystate;intret;unsignedintleftFork;//左筷子unsignedintrightFork;//右筷子myid=int(lpParameter);itoa(myid,idStr,10);WaitForSingleObject(mutex,INFINITE);coutphilosophermyidbegin......endl;ReleaseMutex(mutex);mystate=THINKING;//初始状态为THINKINGleftFork=(myid)%PHILOSOPHER_NUM;rightFork=(myid+1)%PHILOSOPHER_NUM;5while(true){switch(mystate){caseTHINKING:mystate=HUNGRY;//改变状态strcpy(stateStr,HUNGRY);break;caseHUNGRY:strcpy(stateStr,HUNGRY);ret=WaitForSingleObject(semaphore[leftFork],0);//先检查左筷子是否可用if(ret==WAIT_OBJECT_0){ret=WaitForSingleObject(semaphore[rightFork],0);//左筷子可用就拿起，再检查右筷子是否可用if(ret==WAIT_OBJECT_0){mystate=DINING;//右筷子可用，就改变自己的状态strcpy(stateStr,DINING);}else{ReleaseSemaphore(semaphore[leftFork],1,NULL);//如果右筷子不可用，就把左筷子放下}}break;caseDINING://吃完后把两支筷子都放下ReleaseSemaphore(semaphore[leftFork],1,NULL);ReleaseSemaphore(semaphore[rightFork],1,NULL);mystate=THINKING;//改变自己的状态strcpy(stateStr,THINKING);break;}//输出状态WaitForSingleObject(mutex,INFINITE);coutphilosophermyidis:stateStrendl;6ReleaseMutex(mutex);//sleeparandomtime:between1-5sintsleepTime;sleepTime=1+(int)(5.0*rand()/(RAND_MAX+1.0));Sleep(sleepTime*10);}}intmain(){inti;srand(time(0));mutex=CreateMutex(NULL,false,NULL);for(i=0;iPHILOSOPHER_NUM;i++){semaphore[i]=CreateSemaphore(NULL,1,1,NULL);hPhilosopher[i]=CreateThread(NULL,0,philosopherProc,LPVOID(i),CREATE_SUSPENDED,0);}for(i=0;iPHILOSOPHER_NUM;i++)ResumeThread(hPhilosopher[i]);Sleep(2000);return0;}5．运行结果7896．结果分析对哲学家进行编号，将他们的初始状态全部设定为THINGKING，接着先从0开始改变他们的状态为HUNGRY，继续运行后4号和2号哲学家先DINING，3号和1号哲学家为HUNGRY，当4号哲学家吃完后，0号哲学家就开始DINING。7．总结及心得体会这次操作系统的作业让我深刻的体会到操作系统的知识作用。培养我综合运用知识的能力，结合了c++的知识来解决这个问题。巩固了以前的知识。10在设计这个程序的时候我遇到了很多困难，但是通过老师和同学们的帮助，我一一解决掉了。而且发现了我很多学习中的不足之处，对以前学习的知识认识不够深刻，掌握的不够，这个要好好复习一下。总的来说，这个操作系统的作业带给我很多收获，让我受益匪浅。附件：