操作系统课程设计利用多线程和信号量解决哲学家进餐问题 java实现

操作系统课程设计

课程设计报告

课题：利用信号量和多线程机制实现“哲学家进餐”问题

所在学院： 信息工程学院 班 级： 计科1201 学 号： 121404114 姓 名： 魏 祥 指导教师： 徐向英

2015年1月 1日

目录

一、课程设计目标 ..................................................................... 3 二、课题内容 ........................................................................... 3 三、设计思路 ........................................................................... 3 四、源代码 .................................................................................. 5 五、运行与测试 ....................................................................... 9 六、心得体会 ......................................................................... 10

一、课程设计目标

学习多线程编程，使用线程的同步机制实现“哲学家进餐”问题。具体要求： 1.创建POSIX线程，实现多线程的并发执行，验证多线程共享进程资源的特性。

2.使用互斥量和条件变量，或使用信号量实现线程的同步互斥。 3. 验证 “ 哲学家进餐”问题中的死锁情况，并加以解决。

二、课题内容

哲学家进餐问题由Dijkstra提出，问题描述有五个哲学家共用一张圆桌，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，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐。平时，一个哲学家进行思考，饥饿时便试图取用其左右最靠近他的筷子，只有在他拿到两只筷子时才能进餐。进餐完毕，放下筷子继续思考。

本次课题要求使用多线程和信号量解决哲学家进餐问题。并演示产生死锁的情况。

三、设计思路

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以为哲学家使用。为了实现对筷子的互斥，可以用一个信号量表示一只筷子，由着五个信号量构成信号量数组。

当哲学家饥饿时总是先去拿左筷子，成功后在拿右筷子。当五位哲学家同时拿起左筷子，这是每位哲学家都没有右筷子可以拿，就会造成死锁。

思路1：利用记录型信号量

设置值为4的记录型信号量，至多只允许四位哲学家同时去拿左筷子

(leftStick.getSema().acquire())，只有拿到左筷子，才能继续拿右筷子(rightStick.getSema().acquire())。拿到两双筷子之后便可以用餐，用餐完毕，先放下左筷子(leftStick.getSema().release())，再放下右筷子(rightStick.getSema().release())。这样便可以避免思索问题。

思路2：利用AND型信号量

要求每个哲学家必须获取两个筷子的时候才能够进餐，只得到一只筷

子不能进餐时，要求释放那一只筷子。可以使用AND型信号量将左筷子和右筷子信号量的获取组成一个原子操作。如此也可以避免死锁问题。

本次课程设计是在windows系统下完成，编程语言为java，开发环境:Eclipse。

由于在java语言中使用记录型信号量更为方便，所以本次课题我使用的是思路一。

static Semaphore room = new Semaphore(4); 设置值为4的记录型信号量，至多只允许四个哲学家同时拿起左筷子。 private Semaphore semaphore = new Semaphore(1); 在筷子类中为筷子设置值为1信号量。 room.acquire(); //获取值为4的信号量 leftStick.getSema().acquire(); //获取左筷子信号量 Thread.sleep(1000 * 1); //拿到左筷子之后等待2秒，观察死锁 rightStick.getSema().acquire(); //获取右筷子信号量 eat(); Thread.sleep(1000 * 2); //用完餐后等待2秒，继续思考 finishEat(); leftStick.getSema().release(); //释放左筷子信号量 rightStick.getSema().release(); //释放右筷子信号量 room.release(); //释放值为4的信号量 当需要演示死锁的情况是，只需要将room.acquire();和room.release();这两行注释掉，取消至多只允许四位哲学家一起拿起左筷子的限制，就会产生死锁。 ChopStick[] chopStick = new ChopStick[5]; for(int i = 0; i < 5; i ++){ chopStick[i] = new ChopStick(i); } New出编号0到4的五支筷子。 Philosopher ph0 = new Philosopher(0, chopStick[0], chopStick[1]); Philosopher ph1 = new Philosopher(1, chopStick[1], chopStick[2]); Philosopher ph2 = new Philosopher(2, chopStick[2], chopStick[3]); Philosopher ph3 = new Philosopher(3, chopStick[3], chopStick[4]); Philosopher ph4 = new Philosopher(4, chopStick[4], chopStick[0]); New出编号0到4的五位哲学家，他们分别对应着自己的左、右两支筷子。 ExecutorService excutor = Executors.newFixedThreadPool(5); 5位哲学家用餐，所以需要5个线程同时执行，创建容量为5的线程池。

四、源代码

//在Windows下运行,

筷子类(ChopStick.java)

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class ChopStick { private int ID;

private boolean available;

private Semaphore semaphore = new Semaphore(1);

public ChopStick(int ID){ this.ID = ID; this.available = true; this.semaphore = new Semaphore(1); }

public void setAvai(boolean available){ this.available = available; }

public boolean getAvai(){ return this.available; }

public Semaphore getSema(){ return this.semaphore; }

public void setSema(Semaphore sema){ this.semaphore = sema; }

public int getId(){ return this.ID; } }

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/sy82.html