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1、实验五：用线程解决实验五：用线程解决“N“N 个哲学家个哲学家”问题问题姓名：姓名：邹受天邹受天学号：学号：22120051203895完成日期：完成日期：2008-1-2 姓名：姓名：叶剑媚叶剑媚学号：学号：22120051203933 完成日期：完成日期：2008-1-2一、实验内容一、实验内容1、目的、目的： 学习线程的编程和同步。2、要求、要求： 1)、程序语法philosopher_th -t N 是哲学家的个数(N = 2)。 time 是哲学家进餐和沉思的持续时间值，缺省为 2 秒。 2)、哲学家的编号为 0 N-1，分别用 N 个线程独立独立模拟。 3)、程序的输出要简洁，例如
2、，当编号为 3 的哲学家在进餐时，就打印：philosopher 3 is eating 而当他在沉思时，则打印：philosopher 3 is thinking 不要输出其他任何信息。 4)、使用 pthread 的 semaphore.h 提供的信号量同步线程。二、具体设计二、具体设计1、设计与实现的主要原理、设计与实现的主要原理 在这个实验里，待解决的就是如何使用线程描述的问题。由于同一个进程中的所 有线程共享相同的内存空间，因此可以使用全局变量表示叉子。但是，为了避免“时间” 窗口，仍然必须使用“原子”操作进行互斥。可以使用在 semaphore.h 里说明的信号量 完成这个需求，具
3、体细节参考课件和联机文档。如果哲学家中同时存在左撇子和右撇子， 则哲学家问题有解。因此在设计进程时应同时存在左撇子和右撇子，否则会出现哲学家 都“饿死”的现象。 命令格式为 philosopher_th -t ，N 是哲学家的个数(N = 2)，是哲学家进餐和沉思的持续时间值，缺省值为 2 秒。功能是打印出每个哲学 家进餐和沉思的信息。为此可定义 N 个文件，分别表示 N 个叉子。每个哲学家先拿起一 边的叉子，若没拿到就一直等到拿到为止；若拿到了，则去试探另一手边是否有叉子， 若没有叉子则放下原有的叉子；若有，则同时拿到两个叉子进餐，这时可将代表这两个 的文件上锁，进餐规定的时间，然后放下叉子
4、，即将这两个文件的状态释放。按照这样 的方式一直试探着拿叉子、放叉子，并不断打印出每个哲学家进餐和沉思的信息： thinking 或 eating，直到人为地终止它（如按 Ctrl-C 或 Ctrl-） 。2、设计构想：、设计构想： 为实现叉子功能可定义 5 个文件，分别表示 5 个叉子。其文件名可以按如下方式说明：static sem_t *forks; forks = (sem_t *) malloc( N * sizeof(sem_t) ); 哲学家的行为主要是 thinking（思考） ，takeFork（拿起叉子） ，eating（进餐） ， putFork（放下叉子） 。think
5、ing 和 eating 函数则较简单，只要打印相应信息并 sleep 规定 时间即可；在 takeFork 和 putFork 函数中考虑到要同时存在左撇子和右撇子，则可以令 第 5 个哲学家是左撇子，其余为右撇子，即第 5 个哲学家总是先拿左边的叉子再去拿右 边的叉子，先放左边的叉子再放右边的叉子，其余的相反。5 个哲学家的线程可以在主 程序中产生，在产生线程前要将各文件解锁，即保证开始状态时 5 把叉子都在桌上，而 每次有人进餐时都应将相应的文件上锁，结束后对文件进行释放，以便其他线程可以进 行操作。3、实验的具体设计如下：、实验的具体设计如下：#include “apue.h“ #in
6、clude #include static sem_t *forks; static int nsecs,N;/拿起叉子可以如此定义： void takeFork(int i) if( i = N - 1 ) sem_wait( sem_wait( else sem_wait( sem_wait( /放下叉子可以如此定义： void putFork(int i) if( i = N - 1 ) sem_post( sem_post( else sem_post( sem_post( void thinking(int i,int nsecs) printf(“philosopher %d is
7、 thinking n“,i);sleep(nsecs); void eating(int i,int nsecs) printf(“philosopher %d is eating n“,i);sleep(nsecs); void* philosopher(void *n) inti = (int) n; while(1) thinking(i, nsecs); / 哲学家 i 思考 nsecs 秒 takeFork(i);/ 哲学家 i 拿起叉子 eating(i, nsecs);/ 哲学家 i 进餐 nsecs 秒 putFork(i);/ 哲学家 i 放下叉子 int main(int
8、 argc,char * argv) if(argc = 4)nsecs = atoi(argv3);else nsecs = 2;int i,status;N = atoi(argv1);forks = (sem_t *) malloc( N * sizeof(sem_t) );/ 分配 N 个信号量for( i = 0; i N; i+) sem_init(forks + i, 0, 1); / 初始化信号量pthread_t tpid;for(i = 0; i N; i+) status = pthread_create(if( tpid 0 )err_quit(“cant creat
9、thread:%sn“,streeror(status); pthread_join(tpid, NULL);/* 注意，如果父进程不等待子进程的结束，那么需要终止 程序运行时，就只能从控制台删除在后台运行的哲学家进程 */return 0; 三、实验结果三、实验结果1、源程序名：philosopher_th.c 2、可执行程序名：philosopher_th 3、程序执行过程：(1)编译： gcc philosopher_th.c error2e.c -ophilosopher_th l pthread(2)运行过程： 操作 1：./ philosopher_th 5 运行结果如下图所示：操作 2：./ philosopher_th 5 t 3运行结果如下图所示：
