信号量同步实验报告（哲学家进餐问题避免死锁的三种方法）.doc

发布时间：2022-06-07 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.25M 资料格式：doc 举报版权申诉

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实验二进程同步

一、实验目的：

二、实验平台：

三、实验内容：

四、实验总结

实验二进程同步一、实验目的：掌握基本的同步算法，理解经典进程同步问题的本质；学习使用 Linux 的进程同步机制，掌握相关 API 的使用方法；能利用信号量机制，采用多种同步算法实现不会发生死锁的哲学家进餐程序。二、实验平台：虚拟机：VMware® Workstation 14 Pro 14.1.1 操作系统：Ubuntu 系统版本：Deepin 15.7 内核版本：4.15.0-29deepin-generic 编辑器： Vim 8.0.1766 编译器：Gcc 7.3.0 三、实验内容：（1）以哲学家进餐模型为依据，在 Linux 控制台环境下创建 5 个进程，用 semget 函数创建一个信号量集（5 个信号量，初值为 1），模拟哲学家的思考和进餐行为：每一位哲学家饥饿时，先拿起左手筷子，再拿起右手筷子；筷子是临界资源，为每一支筷子定义 1 个互斥信号量；想拿到筷子需要先对信号量做 P 操作，使用完释放筷子对信号量做 V 操作。伪代码描述： semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1}; 第 i 位哲学家的活动可描述为： do{ printf("%d is thinking\n",i); printf("%d is hungry\n",i); wait(chopstick［i］); //拿左筷子 wait(chopstick［(i+1) % 5］); //拿右筷子 printf("%d is eating\n",i); signal(chopstick［i］); signal(chopstick［(i+1) % 5］); //放左筷子 //放右筷子

… }while[true]; 运行该组进程，观察进程是否能一直运行下去，若停滞则发生了什么现象？并分析原因。代码： #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #ifdef union semun { _SEM_SEMUN_UNDEFINED int val; struct semid_ds *buf; unsigned short *array; struct seminfo *__buf; }; #endif #define ERR_EXIT(m) \ do { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0) int wait_1chopstick(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; } int free_1chopstick(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; } #define DELAY (rand() % 5 + 1) void wait_for_2chopstick(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); } void free_2chopstick(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); } void philosophere(int no,int semid) { srand(getpid()); for(;;) { #if 0 printf("%d is thinking\n",no); sleep(DELAY); printf("%d is hungry\n",no); wait_for_2chopstick(no,semid); printf("%d is eating\n",no); sleep(DELAY); free_2chopstick(no,semid); #else int left = no; int right = (no + 1) % 5; printf("%d is thinking\n",no); sleep(DELAY); printf("%d is hungry\n",no); wait_1chopstick(left,semid); sleep(DELAY); wait_1chopstick(right,semid); printf("%d is eating\n",no); sleep(DELAY); free_1chopstick(left,semid); free_1chopstick(right,semid); #endif } }

int main(int argc,char *argv[]) { int semid; 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) { semctl(semid,i,SETVAL,su); } int num = 0; pid_t pid; for(i = 1;i < 5;++i) { pid = fork(); if(pid < 0) { ERR_EXIT("fork"); } if(0 == pid) { num = i; break; } } philosophere(num,semid); return 0; } 执行结果

实验结果分析：起初，实验结果一直如图一，会有 semop: Interrupted system call,后通过百度查明原因，是因为信号量中断导致的，于是就在 wait 操作上做了些修改，把 ret = semop(semid,&sb,1 改为 while(ret = semop(semid,&sb,1)&&errno==EINTR);即出现信号量中断时循环运行，遂解决。

之后的结果如图二所示，出现死锁，具体原因应该是在每个哲学家思考拿了左筷子之后有一个 sleep（）函数使当前进程沉睡，系统调用下一个进程，直至五个哲学家一人一只筷子，进程死锁。（2）方法b代码： #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #ifdef union semun { int val; struct semid_ds *buf; unsigned short *array; struct seminfo *__buf; }; #endif #define ERR_EXIT(m) \ do { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0) int wait_1chopstick(int no,int semid) { _SEM_SEMUN_UNDEFINED struct sembuf sb = {no,-1,0}; int ret; while(ret = semop(semid,&sb,1)&&errno==EINTR); if(ret < 0) { ERR_EXIT("semop"); } return ret;

} int waitchopstick(int semid) { struct sembuf sb = {5,-1,0}; int ret; while(ret = semop(semid,&sb,1)&&errno==EINTR); if(ret < 0) { ERR_EXIT("semop"); } return ret; } int free_1chopstick(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; } int freechopstick(int semid) { struct sembuf sb = {5,1,0}; int ret; ret = semop(semid,&sb,1); if(ret < 0) { ERR_EXIT("semop"); } return ret; } #define DELAY (rand() % 5 + 1) void wait_for_2chopstick(int no,int semid) { int left = no; int right = (no + 1) % 5; struct sembuf buf[2] = { {left,-1,0}, {right,-1,0} };

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