【操作系统实验】Linux环境下⽤进程实现哲学家进餐问题——C语⾔完整代码
+详细实验报告
【注意】代码在⽂末，以下为详细实验报告
【实验⽬的】
  以哲学家进餐问题为例，学习并熟悉Linux下进程通信、同步机制的具体实现⽅法，主要是了解并掌握信号量机制和避免死锁的使⽤⽅法，使得不会出现哲学家饥饿的情况，并进⼀步熟悉Linux系统的相关指令的调⽤。
【实验内容】
  5个位哲学家共⽤⼀张圆桌，分别坐在周围的五张椅⼦上，在圆桌上有5个盘⼦和5双筷⼦，他们的⽣活⽅式是交替的进⾏思考和进餐。平时哲学家进⾏思考，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。进餐完成之后，放下筷⼦继续思考。  利⽤进程实现哲学家进餐问题，使哲学家不会出现饿死现象，亦即避免进程之间的死锁问题。筷⼦为临界资源，⼀段时间内只允许⼀位哲学家使⽤，为实现对筷⼦的互斥使⽤， 可⽤⼀个信号量表⽰⼀只筷⼦；五个信号量构成信号量数组
Chopstick[i]，Chopstick[(i+1)%5]。
【实验环境】（含主要设计设备、器材、软件等）
【实验步骤、过程】（含原理图、流程图、关键代码，或实验过程中的记录、数据等）
⼀、解决⽅法
哲学家进餐问题避免哲学家被饿死的解决⽅法有：
(1)⾄多四个⼈同时拿左边的筷⼦，保证⾄少有⼀个⼈可以进餐，最终释放筷⼦使更多的⼈进餐。linux下gcc编译的四个步骤
(2)仅当哲学家的左右两⽀筷⼦均可⽤时，才允许他拿起筷⼦进餐。
(3)规定奇数号哲学家先拿起其左边的筷⼦，再拿右边的，偶数号哲学家则相反。总会有某⼀⼈进餐。
利⽤进程实现以上三种解决⽅法。
⼆、数据结构
  对于第⼀个⽅法，定义了⼀个变量room，使得最多只允许四个哲学家同时进餐，避免死锁，⽽对于第⼆个⽅法，定义了⼀个记录型信号量mutex，对左右的筷⼦进⾏互斥访问，进⽽避免死锁。
三、算法描述
1.⽅法⼀
内容：⾄多四个⼈同时拿左边的筷⼦，保证⾄少有⼀个⼈可以进餐，最终释放筷⼦使更多的⼈进餐。
步骤：
(1)初始化筷⼦的信号量，同时初始化room为4，保证最多四个哲学家进餐。
(2)对每⼀个哲学家在进餐之前进⾏如下原⼦操作
Wait(room)，Wait(chopstick[i])，Wait(chopstick[(i+1)%5])，
Signal(chopstick[i])，Signal(chopstick[(i+1)%5])，Signal(room)
(3)若出现四个哲学家同时拿起了左⼿边的筷⼦，则第五个⼈必须等待，直到他两边的筷⼦空闲才可以进⾏进餐，这样就避免了哲学家在进餐过程中出现饥饿现象，也就是死锁。
(4)哲学家开始进餐。
(5)删除信号量和共享内存，释放空间。
2.⽅法⼆
内容：仅当哲学家的左右两⽀筷⼦均可⽤时，才允许他拿起筷⼦进餐。
步骤：
(1)初始化筷⼦的信号量，同时初始化mutex为5，对筷⼦进⾏互斥访问。
(2)对每⼀个哲学家在进餐之前进⾏如下原⼦操作
Wait(mutex)，Wait(chopstick[i])，Wait(chopstick[(i+1)%5])，
Signal(mutex)，Signal(chopstick[i])，Signal(chopstick[(i+1)%5])
  在这⾥是先执⾏mutex的V操作，原因在于如果哲学家已经拿起了⼀双筷⼦开始进餐之后，为了不让别的哲学家⼀直等待，需要⽴即释放该信号量，以便于与他不相邻的哲学家可以进餐。
(3)哲学家开始进餐
(4)删除信号量和共享内存，释放空间
3.⽅法三
内容：规定奇数号哲学家先拿起其左边的筷⼦，再拿右边的，偶数号哲学家则相反。总会有某⼀⼈进餐。
步骤：
(1)初始化筷⼦的信号量。
(2)对偶数号哲学家在进餐之前进⾏如下原⼦操作
Wait(chopstick[(i+1)%5])，Wait(chopstick[i])，
Signal(chopstick[(i+1)%5])，Signal(chopstick[i])
在这⾥是规定偶数号哲学家先拿起右边的筷⼦，再拿起左边的筷⼦。
(3)对奇数号哲学家在进餐之前进⾏如下原⼦操作
Wait(chopstick[i])，Wait(chopstick[(i+1)%5])，
Signal(chopstick[i])，Signal(chopstick[(i+1)%5])
在这⾥是规定奇数号哲学家先拿起左边的筷⼦，再拿起右边的筷⼦。
(4)哲学家开始进餐
(5)删除信号量和共享内存，释放空间
4.进⾏错误判断
  这⾥进⾏的错误判断主要是通过调⽤函数来判断，信号量是否成功初始化、进程是否成功创建以及共享内存是否设置好，详见如下
            图1 error 判断
5.原⼦操作——P操作和V操作
  P操作、V操作对封装的信号量进⾏“减1”“加1”操作。
  在LINUX下，通过使⽤ semop 函数改变信号量的值。以下P、V操作分别使⽤两种代码书写⽅式
            图2 P操作（wait）
            图3 V操作（signal）
四、程序流程图
1.⽅法⼀流程图
内容：⾄多四个⼈同时拿左边的筷⼦，保证⾄少有⼀个⼈可以进餐，最终释放筷⼦使更多的⼈进餐。
            图4 ⽅法⼀流程图
2.⽅法⼆流程图
内容：仅当哲学家的左右两⽀筷⼦均可⽤时，才允许他拿起筷⼦进餐。
            图5 ⽅法⼆流程图
3.⽅法三流程图
内容：规定奇数号哲学家先拿起其左边的筷⼦，再拿右边的，偶数号哲学家则相反。总会有某⼀⼈进餐。

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