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1、实验报告三实验名称：、调实验证“有限缓冲”经典同步问题二、运用Java同步解决“哲学家进餐”问题日期：2 0 23-11-5 班级：1 3级计科 学号: 姓名：一、实验目的1 . 了解信号量的使用2 .掌握对的使用同步机制的方法3 .实现生产者消费者进程的互斥与同步4 .实现j a va同步解决“哲学家进餐问题二、实验内容1 .调实验证“有限缓冲”经典同步问题2 .运用Ja v a同步解决“哲学家进餐”问题三、项目规定与分析1 . “有限缓冲”经典同步问题(1)问题描述有一群生产者进程在生产产品，此产品提供应消费者去消费。为使生产者 和消费者进程能并发执行，在它们之间设立：一个具有n个缓冲池，
2、生产者进程 可将它所生产的产品放入一个缓冲池中，消费者进程可从一个缓冲区取得一个 产品消费。(2)问题分析设两个同步信号量：一个说明空缓冲区的数目，用empty表达，初值为有 界缓冲区的大小N,另一个说明已用缓冲区的数目，用full表达,初值为0。由 于在执行生产活动和消费活动中要对有界缓冲区进行操作。有界缓冲区是个临界资源，必须互斥使用，所以此外还需要设立一个互斥信号量mutex,其 初值为1。whil e ( t rue) t ();t ryo。s Lee p ( 1 000);ca t c h(In t e r ruptedEx c e ption e )。s think()；。tn y
3、0 o sLeep ( 1 000);a cat c h (In t e r ruptedExcep t ion e)public class WaitNotiE x a mplep u b 1 ic st a tic v o id m a in (String ar g s) fi n al C h o pS t ick ch o psti c k s =new ChopS t ick 4 ；o final Ph i los o p her p hil o s=new Phil o sopher 4;f o r(i n t i =0； iV4; i + + )chops tick si =n
4、ew Ch o pSti c k();for(int i=0;i4;i+)。p h i 1 o si =new Phi 1 osophe r (chopst i c k s i , c h ops tic k s(i+l)%4, i);f or( i nt i =0;i WaitNotiExample Java Application C:Program FilesJavajre1.8.0 51binjavaw.exe (2015年 11哲学家等待另一根筷子一哲学家2在用餐哲学家等待另一根筷子哲学家等待另一根筷子哲学家1在用餐哲学家等待另一根筷子哲学家2在思考哲学家等待另一根筷子哲学家4在用餐
5、哲学家等待另一根筷子哲学家1在思考哲学家等待另一根筷子哲学家3在用餐哲学家等待另一根筷子哲学家4在思考哲学家等待另一根筷子二、所遇问题与解决方法1.问题最初设想当筷子可用是，先分派左边的筷子，等待一会额再分派右边的筷子,由于这个算法过程中，会出现左边的筷子一直被占用着得不到释放，就有也许出现死锁的情况，该算法不可行。2 .解决仅当一个哲学家左右的筷子都可用时，才允许他拿起筷子。这样要么只有一次 占用两只筷子在吃面，然后释放所有的资源；要么不占用资源。该算法可行。三、实验总结1 . “有限缓冲经典同步问题（1）本次实验是关于生产者与消费者之间互斥和同步的问题。问题的是指是P、V 操作，实验设一个
6、共享缓冲区，生产者和消费者互斥的使用，当一个线程使用 缓冲区的时候，另一个让其等待直到前一个线程释放缓冲区为止。（2）实验中包含的知识点很多，涉及临界区资源共享问题、信号量定义、PV操作 流程、进程间的通信方式（消息传递和共享内存）、进程同步和互斥、信号 量机制解决进程之间的同步与互斥问题等等。（3）通过本实验设计，我们对操作系统的P、V进一步的结识，进一步的了解P、V操作的实质和其重要性。课本的理论知识进一步阐述了现实中的实际问题。2 .哲学家进餐问题（1）程序分为四大模块，一步步解决了哲学家状态及状态改变的问题，筷子的“闲”、 “用”问题；实现了哲学家等待、吃饭、思考三个过程的转换循环，并
7、且避免 了死锁问题；让临间资源得到了充足的运用。（2）这次实验让我学会分模块解决问题，如何运用互斥锁对临间资源进行管理；此 外自己在编程上以及一些函数的结识上存在较大的问题，以后应当多多实践, 提高自己的反映速度，加速逻辑思维能力。2. “哲学家进餐”问题（1）问题描述假如所有的哲学家都同时拿起左侧筷子，看到右侧筷子不可用，乂都放下 左侧筷子，等一会儿,又同时拿起左侧筷子，如此这般，永远反复。对于这种情 况，即所有的程序都在无限制地运营，但是都无法得到任何进展，即出现饿死， 所有的哲学家都吃不上饭。规定在拿起左侧的筷子后，先检查右面的筷子是否可用。假如不可用，则 放下左侧的筷子，等一段时间后再
8、反复整个过程。（2）问题分析当出现以下情形,在某一瞬间，所有的哲学家都同时启用这个算法，拿起 左侧的筷子，而看到右侧筷子都不可用，又都放下左侧筷子，等一会儿，又同 时拿起左侧筷子如此永远反复下去。对于这种情况，所有的程序都在运营, 但却都无法取得进展，即出现饿死，所有的哲学家都吃不上饭。解决死锁问题：为了避免死锁，把哲学家分为三种状态：思考，饥饿（等待）, 进食，并且一次拿起两只筷子，否则不拿。四、具体实现1. “有限缓冲”经典同步问题（1）具体实现代码缓冲区实现p ubli c class Bound e Bu f f e r implemen t s Bu f f er（p r ivate
9、 sta t ic f i nal i n t BUFFER_S IZ E=5;private 0 b j e ct bu f f er;p r i vate i n t in,out;priv a t e S e maphore m u tex;。private Semapho r e empty;priva t e S ema p ho r e full;pu b lie Boun deBuffe r ()。in=0;ou t = 0 ;。 b uf f e r =new Ob j ect B L7FFER_S /ZE;。mut e x = new S e maphore(l)；，e m
10、p ty=n e w Semapho r e (BUFFER_SIZE);。 ful 1 = new S e maph o re(0)；。pu b lie void i n sert(O b ject it c m) (try(。 em p ty. a cquir e ();。 mutex.acqui r e ();。 buffe r i n = i t em;in=(in+l)%B UFFER_SIZE,o mu t ex. rele a se()；f u 1 1.r elease()； c a tch(Interru p tedE xception e )e.printSta c kTra
11、ce () ;public Obje c t remov e ()。t ry oofulla c qu i re();。m u tex.acq u ire()：o ca t ch ( I n terrupt e d Ex c e p t i on e)。(oo o e. prints t a c k T race(); Object item=buf f er out：o out= (o u t+l)XBUFF E P_SI Z E。 mu t e x.releas e ()；o em p t y . r e 1 e ase();0。retur n item;。生产者实现p ublic c 1
12、 ass P r o d u c er i mplemen t s Runnab 1o p riv ate B u f f e r buffer;o public Producer(B u f f e r buffer)，。th i s. bu f f e r=b u ffer;oo pu b 1 ic void ru n ()Date mess a ge； d 0o wh i 1 e( t r ue) s SleepUt i li t ies.nap();。mes s a ge=new D a t e()；System.out. p r inti n (生产者 产生了 +messag e )
13、；。b uffer. ins e rt (m e ssa g e );0 。)消费者实现publi c cla s s Co n s umer i mpl e ments Runna b 1 e private Buffer bu f f er;pu b 1 i c Cons umer (Buffer buffer) t his.buffer=buffer;public voi d r u n()(。Date mes sage；。o while(true)(， SI e e put i 1 i ties.na P ()；m e ssage=(Date)buf f e r . remove();
14、d。 S y s t em.out.p r intln(消费者者 消费了 +m e ssage);/工厂测试类p ubl i c c 1 as s Fact orypu b lie stati c void ma i n (Str i ng arg s )Bu f f e r b u ffe r =new Boun d e Buffer。；Threa d produce r = n ew T hr e ad(new Pro ducer(buf f e r);。T hread consumer=newTh read (new Con sumer(buffe r );。pro d uc e r.
15、s t a r t()；consumer, s ta r t()；(2)运营结果: Factory (1) Java Application C:Program FilesJavajre1.8.0_51binjavaw.exe 生产者产生 j Sun Nov 22 18:37:24 CST 2015消费者者消费了 Sun Nov 22 18:37:24 CST 2015生产者 产生了 Sun Nov 22 18:37:24 CST 2015生产者产生了 Sun Nov 22 18:37:27 CST 2015消费者者 消费了 Sun Nov 22 18:37:24 CST 2015 消费者者消
16、费1 Sun Nov 22 18:37:27 CST 2015生产者产生了 SunNov 22 18:37:29 CST 2015生产者产生了 SunNov 22 18:37:30 CST 2015生产者产生了 SunNov 22 18:37:32 CST 2015生产者产生了 SunNov 22 18:37:32 CST 2015生产者产生了 SunNov 22 18:37:32 CST 2015生产者产生了 SunNov 22 18:37:32 CST 2015消费者者消费了 Sun Nov 22 18:37:29 CST 2015 生产者产生了 Sun Nov 22 18:37:34 C
17、ST 2015消费者者 消费了 Sun Nov 22 18:37:30 CST 2015生产者 产生了 Sun Nov 22 18:37:34 CST 2015消费者者 消费了 Sun Nov 22 18:37:32 CST 2015 消费者者 消费亍 Sun Nov 22 18:37:32 CST 2015 生产者产生了 Sun Nov 22 18:37:37 CST 2015消费者者消费了 Sun Nov 22 18:37:32 CST 2015生产者产生了 Sun Nov 22 18:37:39 CST 2015牛产者产牛了 Sun Nov 22 18:37:40 CST 20152.哲
18、学家进餐问题（1）具体实现代码cl a s s Chop S t ickb oo 1 ean a v a i lable;C ho p Stic k () a v a i lable = true：p u b1 i c synchronized void takeu p()wh ile(! a v ailab 1 e)o (。tr y。System. out. p rintl n (哲学家等待另一根筷子“);。，wai t ();ca t ch ( I n t e r ruptedExc e ption e )0 )。avail a ble=fals e ;)pu b lie s y nchr
19、 o nized v o id p u tdown ()(。a vail a b le= true;no t i fy();c 1 a ss Ph i lo s opher e x tends ThreadC hop S tick left, right；int phio_num;p u blic Phil o s ophe r (Ch o pS t ick le f t,Ch o pSti c k r ight,i nt p h io_ num)t hi s .left= 1 eft;t h is.r i ght=rig h t；0 thi s.ph i o_num= p hio_n um；)p u blic v o id e a t()( 1 ef t . t a ke u p ();。r i ght.ta keup()；S y s t em. ou . p r i n tin(哲学家+( t his. p h i o_n u m+l)+在用餐”):)publi c void t hin k()f left, p ut d ow n ()；righ t .pu t down();System, o ut. printin (哲学家+ (t h is.phio_num+ 1 ) + 在思考”)；)pu b lie v o id run()