操作系统课程设计

计算机与信息学院。

1、题目：多进程/线程编程：哲学家问题。

设置进程/线程，描述哲学家；

随机启动哲学家，显示进程/线程执行状态；

随着线程的执行，更新显示；

编写正确的哲学家程序，设法延迟线程的执行，使之出现死锁；

编写正确的哲学家程序，保证不出现死锁；

题目描述：哲学家问题：由dijkstra提出并解决，是典型的同步问题。

问题描述有多个（设为number）哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围number个椅子上，在圆桌上有number个碗和number个筷子，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。

2、开发环境：

开发工具：visual c++ 6.0 ；

开发环境：windows下多进程/线程编程。

开发语言：c++

3、总体算法：

设哲学家人数为number（程序中赋值为5），采用哲学家问题的一种解法：

1）采用p、v操作，哲学家拿起筷子后就持有该资源，等到吃完放下筷子后其他哲学家才能拿起该筷子；同样，哲学家需要的某筷子被其他哲学家持有时，等待，进程因而阻塞。

2）第一个到第number-1个哲学家采用一种进程描述，先左手拿筷子，之后右手才能拿。

3）只有最后一个哲学家定义另一进程：必须拿右手边筷子，之后再拿左手边的筷子。

4）所采用方法其实质是编号资源的方法，把筷子看为临界资源，按其序号编号，哲学家只能由小到大申请资源即为本算法。

5）出现死锁的方法：最后一个哲学家也是先拿左手边的筷子，再拿右手边的筷子时就容易出现死锁。

4、详细设计。

1.若干常量、变量的定义：

const int number=5;//哲学家人数。

const int sleep_time=10;//显示时间。

const int eating_time=50;//吃饭显示的时间。

critical_section chopstics[number];/临界资源：筷子。

critical_section cs;//控制打印的临界区变量，由于一段时间只能允许一个进程打印到屏幕，所以屏幕也为临界资源。

2.状态显示函数：

定义了若干函数显示当前状态：

thingking(int i) （哲学家i正在思考）,hungry(int i) （饥饿）,pickup(int i,int j) （哲学家i拿起了筷子j）,eating(int i) （正在吃饭）,putdown(int i,int j) （哲学家i放下筷子j）。

另外定义了函数xianshi（int i），每个状态显示函数都调用该函数，显示当前调用的进程。

3.线程定义体：

1）参数为void * i，i即为调用的进程号，由于void *表示为任意类型的指针，所以要强制类型转换：int num=（int）i；

2）pv操作的实现方法：entercriticalsection（），le**ecriticalsection（），entercriticalsection(&chopstics[num]);拿起左手边的筷子。

pickup(num,num);

entercriticalsection(&chopstics[(num+1)%5]);拿起右手边的筷子。

pickup(num,num+1);

eating(num);/吃饭。

le**ecriticalsection(&chopstics[num]);放下左边的筷子。

putdown(num,num);

le**ecriticalsection(&chopstics[(num+1)%5]);放下右边的筷子。

putdown(num,num+1);

3）线程主体为死循环，没有资源时阻塞。

4.主进程main（）：

1）main函数**如下：

handle hthread[number];

initializecriticalsection(&cs);

/循环建立线程0-3

for (int i=0;i{

initializecriticalsection(&chopstics[i]);

hthread[i]=(handle)_beginthreadex(null,0,threadfunc1,(void*)i,0,null);

/建立线程4

initializecriticalsection(&chopstics[number-1]);

/让其不出现死锁的定义，最后一个哲学家先拿右边筷子，再拿左边筷子。

/hthread[number-1]=(handle)_beginthreadex(null,0,threadfunc2,(void*)(number-1),0,null);

/出现死锁的定义，最后一个哲学家和其他哲学家一样，也是先拿左边筷子，再拿右边筷子。

hthread[number-1]=(handle)_beginthreadex(null,0,threadfunc1,(void*)(number-1),0,null);

/等待所有hthread有效。

/等待所有线程执行完。

waitformultipleobjects(number,hthread,true,infinite);

for (i=0;i{

le**ecriticalsection(&chopstics[i]);

closehandle(hthread[i]);

le**ecriticalsection(&cs);

相关说明：1）初始所有临界区都要初始化，用 initializecriticalsection（）函数。

2）线程的定义用_beginthreadex（）函数。

beginthreadex（）函数的原型为unsigned long_beginthreadex(void *security,unsigned stack_size,unsigne (_stdcall*start_address)(void*),void *arglist, /传给线程函数的参数的指针*/unsigned initflag,unsigned *thrdaddr );用到该函数必须链接多线程库文件，步骤为：project setting ->c/c++ code generator->use run-time library->mulitthreaded dll

3）主进程最后用waitformultipleobjects(number,hthread,true,infinite);等待所有线程都执行完，否则阻塞。

由于线程定义都是死循环，不可能执行完，所以这之后的语句执行不到。此句的作用：

一，当不出现死锁时可以一直执行线程，二，是当出现死锁时，由于各线程阻塞也没法执行完，主进程因此也阻塞，最后出现死锁。

五、执行结果。

一、不出现死锁：

二、出现死锁！！！

六、总结。以前没有接触过多线程编程的内容，这一次为做本课程设计完全自学了好多内容。从网上搜了好多资料，一有不会的就。

做的过程中也走了些弯路。比如开始时搞忘了数组是从0开始的，实际应是从0-（number-1），好多函数的参数搞错了；还有当初不知道怎样实现pv操作；还有开始并没有完全弄清，不清楚main函数是主进程，也是会调用的，因此开始写的程序结果也不对，然后问别人才弄清楚的；程序写完后想润色一下，想把waitformultipleobjects（）做为if语句的条件判断，若出现死锁则显示：出现死。

锁！，运行却并不行，想了会才知道已经出现了死锁程序就阻塞了怎么可能还会继续运行，还是因为当初没弄清。

做完后很有成就感和充实感，因为学会了很多东西，从以前对多线程一无所知，到开始入门有所了解，而且还加深了对操作系统课本相关知识的理解。总之，做完后“感觉很好”！现在已经注意到实践的重要，以后会多动手编程，锻炼编程能力的同时还会加深对知识的理解，同时还能培养兴趣。

七、**。#include <>

#include <>

const int number=5;//哲学家人数。

const int sleep_time=10;//显示时间。

const int eating_time=50;//吃饭显示的时间。

critical_section chopstics[number];/临界资源：筷子。

critical_section cs;//控制打印的临界区变量。

/状态显示函数。

/显示被调用线程。

void xianshi(int i){

entercriticalsection(&cs);

cout<<"线程"< le**ecriticalsection(&cs);

return;

/正在思考。

void thinking(int i){

entercriticalsection(&cs);

xianshi(i);

cout<<"哲学家"< sleep(sleep_time);

le**ecriticalsection(&cs);

return;

/正饥饿。void hungry(int i){

entercriticalsection(&cs);

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