操作系统实验六 死锁问题实验

操作系统实验六：死锁问题实验报告。通过本实验观察死锁产生的现象，考虑解决死锁问题的方法。从而进一步加深对于死锁问题的理解。掌握解决死锁问题的几种算法的编程和调试技术。练习怎样构造管程和条件变量，利用管程机制来避免死锁和饥俄问题的发生。 操作系统中的死锁问题是一个复杂而重要的概念，它涉及到并发进程之间的资源分配和同步问题。死锁是指两个或多个进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力干涉它们都将无法推进下去。这个实验的目标是让学生深入理解死锁的产生，以及学习如何解决死锁问题。 实验报告中提到了使用管程和条件变量作为解决死锁的机制。管程是一种高级的进程同步工具，由英国计算机科学家C.A.R. Hoare提出，它提供了一种封装和管理共享资源的方法，使得并发进程可以安全地访问这些资源。管程包括三个主要元素：一个互斥进入区，一组局部变量，以及一组可以被进程调用的条件变量。 在这个实验中，`Sema` 类实现了一个信号量，信号量是一种经典的同步原语，用来控制对共享资源的访问。`down()` 和 `up()` 函数分别对应于 P 操作（减操作）和 V 操作（加操作），用于控制对资源的获取和释放。在发生死锁时，信号量可以用来实现资源的有序分配，防止循环等待的发生。 `Lock` 类实现了互斥锁的概念，确保任何时候只有一个进程可以访问受保护的资源。`close_lock()` 和 `open_lock()` 分别对应于锁的获取和释放，它们调用了信号量的 down 和 up 操作来实现这一功能。 `Condition` 类代表条件变量，它允许进程在特定条件下等待或者唤醒其他进程。在这个实验中，条件变量被用于哲学家就餐问题，这是一个经典的死锁示例。在 `Wait()` 函数中，如果满足条件（左右邻居都不在就餐），哲学家就可以开始吃饭；否则，它会释放锁并调用 `down()` 进入等待状态。`Signal()` 函数则是当条件满足时唤醒等待的进程。 实验环境是基于 Linux 的，因为 Linux 是一个多任务操作系统，提供了丰富的支持并发和同步的系统调用，如信号量、互斥锁等，非常适合进行死锁问题的模拟和研究。 实验的实施过程涉及到创建 Makefile 文件，编写和编译 C++ 代码，这些代码包含用于模拟死锁情况的类和方法。通过调试和运行这些代码，学生可以观察死锁的产生，并尝试应用不同的死锁预防和避免策略，如银行家算法、资源预分配等。 总结来说，这个实验旨在让学生实践性地理解死锁问题，掌握如何利用管程和条件变量来避免死锁，同时提升他们在操作系统层面的编程和调试技能。通过这样的实验，学生不仅能深入理解操作系统中的并发控制，还能培养解决实际问题的能力。