死锁问题实验：解决饥饿与锁机制应用

"该实验报告主要探讨了操作系统中的死锁问题，由山东大学计算机科学与技术学院的学生张畅完成。实验旨在理解死锁现象，掌握解决死锁的算法，并通过编程实践避免死锁和饥饿问题。实验以模拟单向车道双向通行的问题为基础，运用共享内存、信号量和锁机制来解决并发控制中的各种挑战。" 在实验中，张畅首先通过实例程序掌握了锁的使用。锁是多线程编程中用于实现同步和互斥的关键机制。在多线程环境下，当多个线程试图同时访问和修改同一资源时，可能会引发数据不一致。锁机制确保在任何时候只有一个线程能访问受保护的资源，从而避免了数据竞争。 实验的逻辑结构涉及设计函数来实现逻辑设计，这些函数可能包括初始化锁、获取锁、释放锁以及检查和避免死锁的条件。在实验过程中，张畅面临的主要挑战是如何防止饥饿问题，即某些线程因持续被其他线程优先执行而无法获得必要的资源。 一开始，实验方案是如果与当前行驶方向相反的方向有更多等待车辆，则不允许当前方向的车辆进入行驶道路。然而，这导致了等待队列过长的问题，降低了系统的效率。为了解决这个问题，张畅调整了阈值，设定为同向行车数的一半，这改善了负载均衡，提高了并行效率。 尽管如此，这种解决方案仍存在饿死的可能性。为彻底解决这个问题，张畅引入了时间概念，每10秒检查一次是否存在长期饥饿的进程。如果发现，则暂停当前行驶方向，让等待方向的车辆通行。这一改进成功避免了饥饿问题，保证了系统的正确性和高效性。 实验步骤包括理解和应用锁机制，这通常涉及理解互斥锁（mutex）的工作原理，如何在代码中正确地申请和释放锁，以及如何在多线程环境中协调操作。此外，实验也涉及到了管程的概念，这是一种更高级的同步原语，能够更方便地管理共享资源和线程间的协作。 通过这个实验，张畅不仅掌握了锁的用法，还深入理解了死锁和饥饿问题的解决方案，以及如何通过编程技巧优化并发系统性能。这样的实践经验对于理解操作系统中的并发控制和资源调度至关重要。