HUST操作系统实验2

OS实验二：进程管理与死锁

1.创建父子进程

创建测试程序，让父进程提前结束：

测试结果：

2. 实现生产者-消费者模式

2.1 使用条件变量实现

人麻了，改了一下午的代码其实并没有问题，只是因为主线程没有等两个子线程执行完就退出了，所以命令行看不到子线程打印的数据，加上join函数就可以了！！！😣😣😣😣

具体代码如下：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
pthread_mutex_t  mutex;
pthread_cond_t fill,empty;
#define MAX 100
#define FULL 10
#define ZERO 0
int count=0 ;
void *producer(void* args){
   int i=0;
   for(i=0;i<MAX;i++){
       pthread_mutex_lock(&mutex);
       while(count==FULL){
         pthread_cond_wait(&empty,&mutex);
      }
      count++;
      printf("生产者%d，生产：%d\n",pthread_self(),count);
      pthread_cond_signal(&fill);
      pthread_mutex_unlock(&mutex);
   }
   pthread_exit(0);
}         
         
void* consumer(void* args){
  int i=0;
  for(i = 0;i<MAX;i++){
      pthread_mutex_lock(&mutex);
      while(count==ZERO){
          pthread_cond_wait(&fill,&mutex);
      }
      printf("消费者%d，消费：%d\n",pthread_self(),count); 
      count--; 
     pthread_cond_signal(&empty);
     pthread_mutex_unlock(&mutex);
  } 
  pthread_exit(0); 
}   
    
int main(){
     pthread_t p1,p2,s1,s2;   //两个消费者，两个生产者
     pthread_mutex_init(&mutex,0);
     pthread_cond_init(&empty,0);
     pthread_cond_init(&fill,0);
     count = 0;
     pthread_create(&p1,NULL,producer,0);
     pthread_create(&s1,NULL,consumer,0);
     pthread_create(&p2,NULL,producer,0);
     pthread_create(&s2,NULL,consumer,0);
     pthread_join(p1,0);
     pthread_join(p2,0);
     pthread_join(s1,0);
     pthread_join(s2,0);

    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&empty);
    pthread_cond_destroy(&fill);

    return 0;
}

测试结果如下：

2.2 使用信号量实现

具体代码如下：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>

#define MAX_PRO 2
#define MAX 10
int count = 0;
sem_t empty,fill,mutex;

void *producer(void* args){
  int i = 0;
  for(i = 0;i<=100;i++){
     sem_wait(&empty);
     sem_wait(&mutex);
     count++;
     printf("生产者%d，生产：%d\n",pthread_self(),count);
     sem_post(&mutex);
     sem_post(&fill);
  }
  pthread_exit(0);
}

void *consumer(void* args){
  int i = 0;
  for(i = 0;i<=100;i++){
     sem_wait(&fill);
     sem_wait(&mutex);
     printf("消费者%d，消费：%d\n",pthread_self(),count);
     count--;
     sem_post(&mutex);
     sem_post(&empty);
 }
 pthread_exit(0);

}

int main(){
  pthread_t p1,p2,s1,s2;
  sem_init(&mutex,0,1);//保证操作count时，互斥
  sem_init(&fill,0,0);//fill初始为0，表示还没有产品
  sem_init(&empty,0,MAX_PRO);//初始为最大的生产者数量
  pthread_create(&p1,0,producer,0);
  pthread_create(&p2,0,producer,0);
  pthread_create(&s1,0,consumer,0);
  pthread_create(&s2,0,consumer,0);
  pthread_join(p1,0);
  pthread_join(p2,0);
  pthread_join(s1,0);
  pthread_join(s2,0);

 return 0;
}

测试结果：

3.哲学家问题

3.1死锁情况

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

pthread_mutex_t lock[5];

void lock_init(){
        int i;
        for(i = 0;i<=4;i++){
                pthread_mutex_init(&lock[i],0);
        }
}

void lock_des(){
        int i;
        for(i = 0;i<=4;i++){
                pthread_mutex_destroy(&lock[i]);
        }
}

void *person(void* args){
        int x= *(int*)args;
        int left = x;
        int right=(x+1)%5;
        int i;
        for(i = 0;i<=9;i++){
        printf("哲学家%d,开始思考\n",x);
        sleep(5);
        pthread_mutex_lock(&lock[left]);
        printf("哲学家%d,拿起左边的%d号筷子\n",x,x);
        pthread_mutex_lock(&lock[right]);
        printf("哲学家%d,拿起右边的%d号筷子\n",x,right);
        printf("哲学家%d,开始吃饭\n",x);
        sleep(10);
        printf("哲学家%d,吃完了\n",x);
        pthread_mutex_unlock(&lock[left]);
        printf("哲学家%d，放下左边的%d号筷子",x,x);
        pthread_mutex_unlock(&lock[right]);
        printf("哲学及%d，放下右手的%d号筷子",x,right);
        sleep(10);
        }
}


int main(){
        lock_init();
        pthread_t p0,p1,p2,p3,p4;
        int i0 = 0,i1=1,i2=2,i3=3,i4=4;
        pthread_create(&p0,0,person,&i0);
        pthread_create(&p1,0,person,&i1);
        pthread_create(&p2,0,person,&i2);
        pthread_create(&p3,0,person,&i3);
        pthread_create(&p4,0,person,&i4);

        pthread_join(p0,0);
        pthread_join(p1,0);
        pthread_join(p2,0);
        pthread_join(p3,0);
        pthread_join(p4,0);

        lock_des();
}

上述代码中，由于所有哲学家都是先去拿左边的筷子，会导致出现所有人都拿到了左边的筷子，而再也拿不到右边的筷子而导致死锁

3.2 不死锁情况

避免死锁的方式有多种：

• 一次获取两个锁，两只筷子都能拿则拿，否则都不拿
• 有五位哲学家，规定其中一位必须先拿右边的筷子，再拿左边的，其他四位先拿左边的，再拿右边的

第二种方式代码：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

pthread_mutex_t lock[5];

void lock_init(){
        int i;
        for(i = 0;i<=4;i++){
                pthread_mutex_init(&lock[i],0);
        }
}

void lock_des(){
        int i;
        for(i = 0;i<=4;i++){
                pthread_mutex_destroy(&lock[i]);
        }
}
void *person(void* args){
        int x= *(int*)args;
        int left = x;
        int right=(x+1)%5;
        int i;
        if(x==4){
        for(i = 0;i<=9;i++){
        printf("哲学家%d,开始思考\n",x);
        sleep(2);
        pthread_mutex_lock(&lock[right]);
        printf("哲学家%d,拿起右边的%d号筷子\n",x,right);
        pthread_mutex_lock(&lock[left]);
        printf("哲学家%d,拿起左边的%d号筷子\n",x,x);
        printf("哲学家%d,开始吃饭\n",x);
        sleep(2);
        printf("哲学家%d,吃完了\n",x);
        pthread_mutex_unlock(&lock[left]);
        printf("哲学家%d，放下左边的%d号筷子\n",x,x);
        pthread_mutex_unlock(&lock[right]);
        printf("哲学及%d，放下右手的%d号筷子\n",x,right);
        sleep(2);
        }}else{
        for(i = 0;i<=9;i++){
        printf("哲学家%d,开始思考\n",x);
        sleep(2);
        pthread_mutex_lock(&lock[left]);
        printf("哲学家%d,拿起左边的%d号筷子\n",x,x);
        pthread_mutex_lock(&lock[right]);
        printf("哲学家%d,拿起右边的%d号筷子\n",x,right);
        printf("哲学家%d,开始吃饭\n",x);
        sleep(2);
        printf("哲学家%d,吃完了\n",x);
        pthread_mutex_unlock(&lock[left]);
        printf("哲学家%d，放下左边的%d号筷子\n",x,x);
        pthread_mutex_unlock(&lock[right]);
        printf("哲学及%d，放下右手的%d号筷子\n",x,right);
        sleep(2);
        }
        }
}       
int main(){
        lock_init();
        pthread_t p0,p1,p2,p3,p4;
        int i0 = 0,i1=1,i2=2,i3=3,i4=4;
        pthread_create(&p0,0,person,&i0);
        pthread_create(&p1,0,person,&i1);
        pthread_create(&p2,0,person,&i2);
        pthread_create(&p3,0,person,&i3);
        pthread_create(&p4,0,person,&i4);

        pthread_join(p0,0);
        pthread_join(p1,0);
        pthread_join(p2,0);
        pthread_join(p3,0);
        pthread_join(p4,0);

        lock_des();
}

测试结果，不会产生死锁：