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扬州大学《操作系统》课程设计说明书

操作系统课程设计

题 目 学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师

进程同步模拟设计—哲学家就餐

信息工程 计算机科学与技术

1102 王卫其 邹姝稚

20014 年 1 月 7 日

利用线程机制实现“哲学

家进餐”问题

1.设计目的

1.理解“哲学家就餐”模型，掌握基本的同步、互斥算法。 2.理解操作系统中进程和线程的异同，理解并发过程中的死锁现象。

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3.掌握Linux多线程创建及并发机制、线程同步机制。

4.掌握和使用Linux POSIX线程接口实现无死锁的哲学家就餐问题。

2.需求分析

2.1问题描述

(1) 有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心粉，每人面前有

一只空盘子，每两人之间放一只筷子，即共5只筷子。 每个哲学家的行为是思考和进餐。为了进餐，每个哲学家必须拿到两只筷子，并且每个人只能直接从自己的左边或右边去取筷子。思考时则同时将两支筷子放回原处

（此图中以叉子代表筷子）

(2) 规则：

①只有拿到两只筷子时，哲学家才能吃饭； ②如果筷子已经在他人手上，则该哲学家必须等到他人吃完之后才能拿到筷子；

③任何一个哲学家在自己没有拿到两只筷子吃饭之前，决不放下自

己手中的筷子。

(3) 由此出现的问题：

可能出现死锁问题，因为当五个哲学家都饥饿时，都拿着一支筷子，这样就可能五个哲学家都用不上餐

2.2问题分析

该问题可用记录型信号量或者是AND型信号量解决。 记录型信号量解决：

经分析可知，放在桌子上的筷子是临界资源，在一段时间内只允许一位哲学家使用，为了实现对筷子的互斥使用，可以用一个信号量表示一只筷子，由这五个信号量组成信号量数组。当哲学家饥饿时总

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是先拿其左边的筷子，成功后，再去拿右边的筷子，又成功后方可就餐。进餐完，又先放下他左边的筷子，再放下右边筷子。这个算法可以保证不会有两个相邻的哲学家同时就餐，但有可能引起死锁。

AND型信号量解决：

在哲学家就餐过程中，要求每个哲学家先获得两个临界资源后方能就餐，这在本质上就是AND同步问题，故用AND信号量机制可获得最简洁的解法。

2.3解决方法

对于死锁问题可采取这样的几种解决方法： (1)至多只允许四个哲学家同时进餐，以保证至少有一个哲学家可以进

餐，最终总会释放出他所用过的两只筷子，从而可使更多的哲学家进餐；

(2)仅当左右两只筷子均可用时，才允许哲学家拿起筷子就餐 (3)规定奇数号哲学家先拿起右边筷子，然后再去拿左边筷子，而偶数

号哲学家则相反。

(4)把筷子顺序编号 fk0, fk1, fk2, fk3, fk4，给每个哲学家分配 筷子时，必须依从小号到大号（或者相反顺序）进行。

本实验，我们采用第二种解决方法

3.功能设计

3.1数据结构及模块说明 主要的数据结构及模块有：

class ChopStick （筷子类） class Philosopher （哲学家类）

(1) class ChopStick {

数据成员：

int ID; //筷子编号

bool available //筷子是否可用 函数成员：

Bool takeup() //筷子拿起操作 {

While(!available){ return false;} //判断筷子现在是否可用

Available=false; //筷子被拿起之后就不可用了 Return true; }

Void Putdown() //筷子放下操作 {

Available=true; //放下之后就可用了

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