进程同步模拟设计 - 哲学家就餐问题

学号：

课程设计

题目 学院 专业 班级 姓名 指导教师

进程同步模拟设计——哲学家就餐问题

吴利军

2013 年 1 月 15 日

课程设计任务书

学生姓名：

指导教师：吴利军工作单位：计算机科学与技术学院

题目: 进程同步模拟设计——哲学家就餐问题 初始条件：

1．预备内容：阅读操作系统的进程管理章节内容，对进程的同步和互斥，以及信号量机制度有深入的理解。

2．实践准备：掌握一种计算机高级语言的使用。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写

等具体要求）

1．模拟用信号量机制实现哲学家就餐问题。 2．设计报告内容应说明： ⑴需求分析；

⑵功能设计（数据结构及模块说明）； ⑶开发平台及源程序的主要部分；

⑷测试用例，运行结果与运行情况分析； ⑸自我评价与总结：

i）你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色； ii）什么地方做得不太好，以后如何改正；

iii）从本设计得到的收获（在编写，调试，执行过程中的经验和教训）； iv）完成本题是否有其他方法（如果有，简要说明该方法）；

时间安排：

设计安排一周：周1、周2：完成程序分析及设计。

周2、周3：完成程序调试及测试。 周4、周5：验收、撰写课程设计报告。

（注意事项：严禁抄袭，一旦发现，一律按0分记）

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

进程同步模拟设计

——哲学家就餐问题

1. 需求分析

1.1问题描述

(1) 有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心粉，每人面前有

一只空盘子，每两人之间放一只筷子，即共5只筷子。 每个哲学家的行为是思考和进餐。为了进餐，每个哲学家必须拿到两只筷子，并且每个人只能直接从自己的左边或右边去取筷子。思考时则同时将两支筷子放回原处

（此图中以叉子代表筷子）

(2) 规则：

①只有拿到两只筷子时，哲学家才能吃饭； ②如果筷子已经在他人手上，则该哲学家必须等到他人吃完之后才能拿到筷子；

③任何一个哲学家在自己没有拿到两只筷子吃饭之前，决不放下自

己手中的筷子。

1.2问题分析

经分析可知，放在桌子上的筷子是临界资源，在一段时间内只允许一位哲学家使用，为了实现对筷子的互斥使用，可以用一个信号量表示一只筷子，由这五个信号量组成信号量数组。当哲学家饥饿时总是先拿其左边的筷子，成功后，再去拿右边的筷子，又成功

后方可就餐。进餐完，又先放下他左边的筷子，再放下右边筷子。这个算法可以保证不会有两个相邻的哲学家同时就餐，但有可能引起死锁。假如五个哲学家同时饥饿拿起各自左边的筷子，当他们再试图去拿右边的筷子时，就会无限等待。如何保证哲学家们的动作有序进行？如：不出现相邻者同时要求进餐；不出现有人永远拿不到筷子。

1.3解决方法

对于死锁问题可采取这样的几种解决方法： (1)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可以进

餐，最终总会释放出他所用过的两只筷子，从而可使更多的哲学家进餐；

(2)仅当左右两只筷子均可用时，才允许哲学家拿起筷子就餐 (3)规定奇数号哲学家先拿起右边筷子，然后再去拿左边筷子，而偶数

号哲学家则相反。

(4)把筷子顺序编号0, 1, 2, 3, 4，给每个哲学家分配筷子时，必须

依从小号到大号（或者相反顺序）进行。

在本次课程设计中，我决定采用第二种解决方法。

2. 功能设计

2.1数据结构及模块说明

主要的数据结构及模块有：

class ChopStick （筷子类） class Philosopher （哲学家类）

(1) class ChopStick {

数据成员：

int ID; //筷子编号

bool available //筷子是否可用 函数成员：

Bool takeup() //筷子拿起操作 {

While(!available){ return false;} //判断筷子现在是否可用

Available=false; //筷子被拿起之后就不可用了 Return true; }

Void Putdown() //筷子放下操作 {

Available=true; //放下之后就可用了 }

(2) class Philosopher

{

数据成员：

Int ID; //哲学家编号

ChopStick left,right; //左右筷子 函数成员：

Bool eat() //进餐函数 Void Think() //思考函数 Void Finish() //进餐结束函数 }

3. 开发平台及源程序的主要部分

开发平台：Visual Studio 2010 源程序的主要部分：

CRITICAL_SECTION g;//使用临界区对象 int main() {

DWORD uID; HANDLE h[5];

::InitializeCriticalSection(&g);//初始化临界区对象 h[0]=::CreateThread(NULL,0,Threadphilos0,NULL,0,&uID); h[1]=::CreateThread(NULL,0,Threadphilos1,NULL,0,&uID); h[2]=::CreateThread(NULL,0,Threadphilos2,NULL,0,&uID); h[3]=::CreateThread(NULL,0,Threadphilos3,NULL,0,&uID); h[4]=::CreateThread(NULL,0,Threadphilos4,NULL,0,&uID); Sleep(100000);

::WaitForMultipleObjects(5,h,TRUE,INFINITE); CloseHandle(h[0]); CloseHandle(h[1]); CloseHandle(h[2]); CloseHandle(h[3]); CloseHandle(h[4]);

::DeleteCriticalSection(&g);//删除临界区对象 system(\ return 0; }

哲学家0执行动作的线程：

DWORD WINAPI Threadphilos0(LPVOID) {

::EnterCriticalSection(&g); philos[0].think();

::LeaveCriticalSection(&g); j=rand();

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