15211088_王意如_操作系统第6次实验1
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2022-08-08
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1. 实验目的：理解多进程、多线程协作时可能存在的问题，学会使用 Linux 的同步工具
2. 实验目标：
参考课件中的伪代码，用多线程实现读者-写者和哲学家就餐两个经典同步问题。
3. 实验原理：
3.1 哲学家就餐问题可以这样表述，假设有五位哲学家围坐在一张圆形餐桌旁，做以下两件
事情之一：吃饭，或者思考。吃东西的时候，他们就停止思考，思考的时候也停止吃东西。
餐桌中间有一大碗意大利面，每两个哲学家之间有一只餐叉。因为用一只餐叉很难吃到意大
利面，所以假设哲学家必须用两只餐叉吃东西。他们只能使用自己左右手边的那两只餐叉。
在求解该问题时，可以使用一个 state 数组跟踪每一个哲学家是在进餐，思考，还是饥饿状
态。一个哲学家只有在两个邻居都没有进餐时才允许进入进餐状态。因此可以使用一个信号
量数组，每一个信号量对应一位哲学家。在所需的叉子被占用时，该哲学家被阻塞。
因此，该问题可以总结为如下流程：
用一个信号量 mutex 维护一个同一时间只能有一个哲学家拿起或放下叉子的互斥，初始值
为 1。用一个大小为 n 的信号量数组 s 维护同步，初始值全部设为 0.
在拿起叉子前，先等待该信号量。获得该信号量后，将该哲学家的 state 即为 hungry，即等
待在合适的条件下获得信号量 s[i]的状态。
检测左右测哲学家的状态，若左右的哲学家都没有在就餐，即说明可以进入就餐状态，post
信号量 s[i]。此时哲学家进入就餐状态。可以处理下一个哲学家的拿起放下叉子操作，故 post
信号量 mutex。
若无法获得叉子，即左右的哲学家中有人在进餐，则阻塞当前哲学家，等待获得叉子。
在哲学家就餐结束后，进行放下叉子操作。具体实现需要先获得 mutex 信号量，保证互斥。
放下叉子，将哲学家 i 的状态置为 thinking。然后检查左右的哲学家有没有被阻塞的，若有
则 post 对应哲学家的信号量，使其可以进餐。
3.2 有读者和写者两组并发进程，共享一个文件，当两个或以上的读进程同时访问共享数据
时不会产生副作用，但若某个写进程和其他进程（读进程或写进程）同时访问共享数据时则
可能导致数据不一致的错误。因此要求：①允许多个读者可以同时对文件执行读操作；②只允
许一个写者往文件中写信息；③任一写者在完成写操作之前不允许其他读者或写者工作；④
写者执行写操作前，应让已有的读者和写者全部退出。
若读者需要读数据，需要先获得信号量 mutex，对 rc 进行+1 的操作。
在对 rc 加一后需要判断 rc 是否为 1，即当前读者是不是第一个读者。若是，则需要等待获
得信号量db，即需要等待当前没有写者写入时才可以读取。若不是，则继续读，并释放mutex，
以处理下一个读者或写者。
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