操作系统--进程同步

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：VMWare9以上
操作系统：Ubuntu12.04以上
编辑器：Gedit | Vim
编译器：Gcc
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］); //放左筷子
signal(chopstick［(i+1) % 5］); //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。

不能一直运行下去，会出现进程死锁，因为创建了五个进程，它们之间会相互竞争，一旦五个进程都同时拿到自己左筷子，那么都会因为拿不到右筷子而陷入等待，也就产生了死锁。

（2）解决哲学家进餐问题可采用如下方法：a.仅当哲学家的左、右两只筷子均可用时，才允许他拿起筷子进餐；b.至多只允许有4位哲学家同时去拿左边的筷子，最终能保证至少有一位哲学家能够进餐；c.规定奇数号哲学家先拿起他左手的筷子，然后再拿起他右手的筷子，而偶数号哲学家则先拿起他右手的筷子，然后再拿起他左手的筷子。方法a在示例程序中给出，请用方法b和c写出不会发生死锁的哲学家进餐程序。
方法b:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/wait.h>
union semun
{
   
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
struct seminfo *_buf;
};


#define ERR_EXIT(m) \
do {
    \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0)
//获取互斥信号量
void wait_mutex(int mutex)
{
   
struct sembuf sb={
   0,-1,0};
semop(mutex,&sb,1);//对互斥信号量进行操作
}

//取得筷子
void wait_v(int semid,int num)
{
   
struct sembuf sb={
   num,-1,0};
semop(semid,&sb,1);
}
//释放筷子
void signal_p(int semid,int num)
{
   
struct sembuf sb={
   num,1,0};
semop(semid,&sb,1);
}

//释放互斥变量mutex
void signal_mutex(int semid0)
{
   
struct sembuf sb={
   0,1,0};
semop(semid0,&sb,1);
}
//ph函数
void ph(int num,int semid,int semid0)
{
   
int left=num;
int right=(num+1)%5;
for(;;)
{
   
printf("%d is thinking\n",num);
sleep(1);
printf("%d is hungry\n",num);
sleep(1);
//wait操作，控制哲学家最多4人能进餐
wait_mutex(semid0);//互斥 
wait_v(semid,left);
wait_v(semid,right);
printf("%d is eating\n",num);
sleep(1);
//signal操作
signal_p(semid,right);//释放右筷子
signal_p(semid,left