操作系统实验：哲学家进餐与生产者/消费者问题

"操作系统实验报告，周玉川，电子科技大学信息与软件工程学院，实验主题涉及信号量经典问题的实现，包括哲学家进餐问题和生产者/消费者问题。实验目标是掌握进程与线程的概念、同步与互斥原理，以及使用信号量解决并发问题。" 在本次操作系统实验中，学生周玉川主要探讨了两个经典的并发问题：哲学家进餐问题和生产者/消费者问题。这两个问题都是研究进程间同步和互斥的重要案例。 哲学家进餐问题是由荷兰计算机科学家艾兹格·迪杰斯特拉提出的，用于模拟并发环境下资源争抢可能导致的死锁问题。问题设定为五个哲学家围坐一桌，每人都需要两支筷子来吃饭。当哲学家饿了时，他们会尝试拿起左右两边的筷子。如果所有哲学家同时拿起自己一侧的筷子，就会形成一种无法打破的僵局，即死锁。为避免这种情况，必须设计合适的同步策略，比如使用信号量或避免让所有哲学家同时尝试获取筷子。 生产者/消费者问题是另一个典型的同步问题，它涉及到多个生产者进程生产产品并将产品放入共享缓冲区，而消费者进程则从缓冲区取出产品进行消费。缓冲区的数量有限，因此需要确保在任何时候只有一个进程能够访问缓冲区，以防止数据竞争。这个问题通常通过使用信号量机制来实现，例如互斥信号量用于保护缓冲区，计数信号量用于跟踪缓冲区中可用的槽位数量。 实验中，周玉川需要在Ubuntu操作系统环境下编写多线程程序，实现这两个问题的解决方案。对于哲学家进餐问题，程序应能显示每个哲学家的状态，如就餐或思考，并在多次运行后确保不会出现死锁。对于生产者/消费者问题，生产者进程需要将产品放入缓冲区，而消费者进程则需从缓冲区取出产品，整个过程需保证正确同步，避免生产者过度填充缓冲区或消费者在缓冲区为空时等待。 通过这个实验，学生不仅能够深入理解进程和线程的概念，还能熟练掌握使用信号量解决同步和互斥问题的方法，这对于理解和设计并发系统至关重要。实验的实践性有助于巩固理论知识，提高实际编程和调试能力，对于未来在IT领域的工作具有重要意义。