利用信号量机制解决哲学家进餐问题.doc

--------------------------校验:_____________-----------------------日期:_____________利用信号量机制解决哲学家进餐问题成绩:课程设计报告课程名称:课程设计(UNIX程序设计)设计题目:利用信号量机制解决哲学家进餐问题姓名:专业:网络工程班级:学号:计算机科学与技术学院网络系2013年12月28日设计项目:利用信号量机制解决哲学家进餐问题选题背景1965年,数学家迪杰斯特拉提出,并成为经典的IPC问题—哲学家进餐问题。该问题的简单描述如下:五个哲学家围坐在一张圆桌周围,每个哲学家面前都一盘通心粉。由于通心粉很滑,需要两把叉子才能夹住。哲学家的生活中有两种交替活动时段,吃饭(EATING)和思考(THINKING)。当一个哲学家觉得饿了时,他就试图分两次去取左手边和右手边的叉子,每次拿一把,但不分次序。如果成功拿到两把叉子,就进入吃饭状态,吃完后放下叉子继续思考。:进餐(EATING)和思考(THINKING)。因此创建一个有5个元素的状态数组,每个数组元素的状态值为EATING或者THINKING。,每两个人中间有一个叉子,即每个哲学家的边和右边有一个叉子,但这个叉子需要和旁边的邻居竞争使用。对于每一个哲学家来说,其只有成功获得两个叉子,才能进入进餐状态。在进完餐后,需要成功放下手中的两个叉子,才能进入思考的状态。换个角度的描述就是,每个哲学家查询左右边的邻居当前状态,如果左右的邻居当前状态都为THINKING,则该哲学家可以进餐;如果左右邻居当前状态不都是THINKING,则哲学家不能进餐。因此可以为每一个哲学家设置一个信号量,来描述哲学家的活动状态。,所以可以将桌子作为一个临界资源。通过设置一个互斥信号量来限制对临界资源的访问数。,对应于每个哲学家的获取两把叉子和放下两把叉子的动作。而每个动作都需要对互斥信号量和哲学家信号量进行访问操作,因此创建原子操作P和原子操作V,来执行对信号量的消耗和释放操作。,在每个子进程中执行PHILOSOPHER(phi_num)函数来模拟每个哲学家进入哲学家进餐问题活动。。问题描述:因为状态数组是共享的,而每个模拟哲学家的子进程是相互独立的,有自己的地址空间,在进程之间共享使用状态数组出现问题。解决方法:父进程通过利用UNIX系统进程通信机制中共享内存机制的shmget()和shmat系统调用创建一个共享内存区,并将状态数组地址链接到进程地址空间,成功的解决了该问题。:整个程序使用两个不同的信号量,一个是记录型信号量数组,一个是互斥信号量,并且在信号量创建初就需要对信号量进行初始化,这样才能保证接下来的子进程运行时,五个子进程面对的是相同值的信号量数组。解决方法:父进程通过利用UNIX系统进程通信机制中信号量机制的semget()系统调用和semctl()系统调用,成功创建一个五元素的信号量数组和一个元素的信号量数组,并将其在初始为设计的初始值,保证了程序后续操作的正确。问题描述:在子进程中的对信号量的操作必须是原子操作P和V,而且由于在动作函数中需要调用P和V原子操作,所以必须保证P和V操作的原子性,否则函数之间参数的传递将出现不一致。解决方法:利用UNIX系统进程通信机制中信号量机制的semop()系统调用,封装P和V操作函数,保证了函数的原子性。:根据设计的描述,程序是通过五个子进程来模拟五个哲学家,但对进程创建的先后顺序没有要求,又由于进程分配到时间片是有限的,并且在创建的过程中要保证五个子进程都是统一父进程创建的,所以对于进程的创建时刻不太容易确定。解决方法:利用的UNIX系统的进程创建fork()系统调用,创建一个有五个子进程的进程扇,:在哲学家的三个动作函数中需要对两个类型的信号量进行操作,所以不可避免的需要调用P和V原子操作。尽管在动作函数定义之前,已经声明了P和V函数。但是由于其原子性,在动作函数中直接使用P,V函数导致了严重的编译错误问题。解决方法:通过在各个函数参数列表中添加需要指向将使用的P和V函数指针,并在使用时采用(*P)和(*V)形式来解除引用操作,成功的解决了编译错误问题。程序流程图约定:Take_forks函数动作TKFKPut_forks函数动作PTFKTest函数动作TESTTHINKING思考状态THINKEATING进餐状态EATTHI