管程解决哲学家进餐问题——操作系统实践

"操作系统课件-利用管程解决哲学家进餐问题" 在操作系统领域，哲学家进餐问题是一个经典的同步问题，它被用来演示并发控制中的死锁问题。本课件关注的是如何利用管程（Monitor）的概念来解决这个问题。管程是由Dijkstra提出的并发控制机制，它提供了一个封装共享资源和同步操作的结构化环境。 首先，我们需要理解管程的核心组成部分。在解决哲学家进餐问题的管程中，我们创建了一个名为“dining-philosophers”的管程，它包含三个关键过程： 1. `pickup(int i)` 过程：这个过程允许哲学家i拿起筷子。在实际的场景中，每个哲学家需要两根筷子，分别代表左右手。当哲学家想要吃饭时，他会调用`pickup(i)`尝试拿起左手的筷子，然后尝试拿起右手的筷子。如果所有筷子都被其他哲学家持有，那么哲学家将被阻塞，直到至少一根筷子可用。 2. `putdown(int i)` 过程：哲学家进餐完毕后，会调用`putdown(i)`放下筷子。这个过程不仅释放了哲学家当前持有的筷子，还可能使得其他等待的哲学家可以开始进餐，因为放下的筷子可能会让其他哲学家满足拿起筷子的条件。 3. `test(int i)` 过程：这个过程用于测试哲学家i是否满足进餐条件。在执行`pickup`之前，哲学家会先调用`test`检查是否能够安全地拿起筷子。如果条件不满足（例如，所有相邻的筷子都已被占用），哲学家会进入等待状态，直到条件满足。 哲学家进餐问题的解决方案通过管程实现了资源的有序访问和避免死锁的策略。通常，管程会维护一些内部变量，如正在进餐的哲学家数量或筷子的状态，以确保任何时候都不会出现五个哲学家同时拿筷子导致的死锁情况。 湖北大学数计学院的这门操作系统课程强调实践性、广泛性和复杂性，鼓励学生通过自学和探索解决问题。课程的成绩评定包括作业、上机实验和期末考试，强调记笔记的重要性以及独立思考和解决问题的能力。课程推荐了一些主要参考资料，如庞丽萍的《操作系统原理》、陈向群等译的《现代操作系统》等，供学生深入学习。 在计算机系统中，操作系统作为核心的系统软件，负责管理和控制硬件资源，包括CPU、内存、I/O设备等，并为上层软件提供服务。存储程序式计算机的特点在于，指令和数据存储在内存中，由CPU按照预先设定的顺序执行。而操作系统的发展历程反映了计算机技术的进步，从早期的批处理系统到分时系统，再到现在的实时系统和分布式系统，操作系统不断适应着软硬件环境的变化。 通过理解操作系统的基本概念、类型和历史，以及计算机系统的结构，学生可以更好地掌握如何利用管程这样的同步机制来解决实际问题，比如哲学家进餐问题，从而提升对并发编程的理解和实践能力。