PROBLEMAS CLÁSICOS. EL PROBLEMA DE LOS FILÓSOFOS COMENSALES.

Transcripción

1 PROBLEMAS CLÁSICOS. EL PROBLEMA DE LOS FILÓSOFOS COMENSALES. Cinco filósofos pasan su vida pensando y comiendo. Los filósofos comparten una mesa circular rodeada por cinco sillas, una para cada uno de ellos. En el centro de la mesa se encuentra una fuente de arroz, y también sobre la mesa hay cinco palillos chinos. Cuando un filósofo piensa, no interactúa con sus colegas. Ocasionalmente, un filósofo tiene hambre y trata de coger los dos palillos que están más cerca de él (los palillos colocados entre él y sus vecinos de la derecha y de la izquierda). Un filósofo sólo puede coger un palillo a la vez y, obviamente, no puede ser el que está en la mano de un vecino. Cuando un filósofo hambriento tiene sus dos palillos al mismo tiempo come sin soltarlos. Cuando termina de comer, coloca ambos palillos sobre la mesa y comienza a pensar otra vez. La situación de los Filósofos comensales. El problema de los filósofos comensales se considera un problema de sincronización clásico, pero no por su importancia práctica sino porque es un ejemplo de una gran clase de problemas de control de concurrencia. Una solución sencilla consiste en representar cada palillo con un semáforo. Un filósofo trata de coger el palillo ejecutando una operación wait en ese semáforo; suelta sus palillos ejecutando signal en los semáforos correspondientes. Así, los datos compartidos son: palillo:array [0..4] of semáforo; donde todos los elementos de palillo reciben un valor inicial de 1. A continuación se presenta un programa que simula esta situación. program Filo01; (* Filosofos comensales - semáforos versión 1 *) const N = 5; palillo : array [1..N] of semaphore; (* binario *) I : integer; process type filosofos(numero : integer); writeln('pensando el ',numero); sleep(random(5)); (* PENSANDO *) wait(palillo[numero]); wait(palillo[(numero mod N) + 1]); writeln('comiendo el ',numero); sleep(random(5)); (* COMIENDO *) signal(palillo[numero]); signal(palillo[(numero mod N) + 1]); end; (* filosofos *) procfil: array[1..n] of filosofos; for I := 1 to N do initial(palillo[i],1); co for I := 1 to N do procfil[i](i); coend end. 1

2 - Pascal-FC for IBM PC compatibles - - Compiler Version P5.2 G L Davies & A Burns, University of Bradford Compiling filo01... Compilation complete - Interpreter Version P5.3 - Program filo01... execution s... Pensando el 1Pensando el 4 Comiendo el 5 Pensando el 3 Comiendo el 1 Comiendo el 5 Pensando el 3 Comiendo el 5 Aunque esta solución garantiza que dos vecinos no pueden comer simultáneamente, hay que rechazarla porque existe la posibilidad de crear un bloqueo mutuo. Suponga que los cinco filósofos tienen hambre al mismo tiempo y cada uno coge el palillo que está a su izquierda; todos los elementos del arreglo palillo serán iguales a cero. Cuando cada filósofo trata de coger el palillo a su derecha, su ejecución se aplazará eternamente. A continuación se presentan ias posibles soluciones, con diferentes algoritmos y con diferentes elementos del lenguaje para la sincronización de procesos. Se aclara que cualquier solución satisfactoria para este problema debe eliminar la posibilidad de que uno de ellos muera de hambre. Una solución libre de bloqueos mutuos no la elimina necesariamente. Permitir que cuatro filósofos como máximo, se sienten a comer al mismo tiempo. 2

3 program Filo02; (* Filósofos comensales - semáforos versión 2 *) const N = 5; palillo : array [1..N] of semaphore; (* binario *) sillaslibre : semaphore; (* general *) I : integer; process type filosofos(numero : integer); writeln('pensando el ',numero:2); sleep(random(5)); (* PENSANDO *) wait(sillaslibre); wait(palillo[numero]); wait(palillo[(numero mod N) + 1]); writeln('comiendo el ',numero:2); sleep(random(5)); (* COMIENDO *) signal(palillo[numero]); signal(palillo[(numero mod N) + 1]); signal(sillaslibre) end; (* filosofos *) procfil: array[1..n] of filosofos; for I := 1 to N do initial(palillo[i],1); initial(sillaslibre,n - 1); co for I := 1 to N do procfil[i](i); coend end. - Pascal-FC for IBM PC compatibles - - Compiler Version P5.2 G L Davies & A Burns, University of Bradford Compiling filo02... Compilation complete - Interpreter Version P5.3 - Program filo02... execution s... 3 Pensando el Pensando el 1 5 Comiendo el 5

4 Comiendo el 5 Pensando el 3 Pensando el Comiendo el 5 1 Pensando el 5 Comiendo el 5 Permitir que un filósofo coja sus palillos sólo si los dos están disponibles (observe que esto debe hacerse en una sección crítica). program Filo03; (* Filósofos comensales: *) version monitor j, num: integer; monitor palillomon; export getpalillo, putpalillo; palillo: array [0..4] of integer; okparacomer: array [0..4] of condition; i: integer; 4 procedure getpalillo(i: integer); if palillo[i] <> 2 then

5 writeln('filosofo ',i:2,' esta esperando'); delay(okparacomer[i]) end; palillo[(i+1) mod 5] := palillo[(i+1) mod 5] - 1; palillo[(i+4) mod 5] := palillo[(i+4) mod 5] - 1; writeln('filosofo ',i:2,' come') end; (* getpalillo *) procedure putpalillo(i: integer); writeln('filosofo ',i:2,' termina'); palillo[(i+1) mod 5] := palillo[(i+1) mod 5] + 1; palillo[(i+4) mod 5] := palillo[(i+4) mod 5] + 1; if palillo[(i+1) mod 5] = 2 then resume(okparacomer[(i+1) mod 5]); if palillo[(i+4) mod 5] =2 then resume(okparacomer[(i+4) mod 5]) end; (* putpalillo *) (* cuerpo del monitor *) for i := 0 to 4 do palillo[i] := 2 end; (* palillomon *) procedure piensa; null end; (* piensa *) procedure come(n: integer); palillomon.getpalillo(n); sleep(1); palillomon.putpalillo(n) end; (* come *) process type tipofil(n: integer); piensa; come(n) end; (* filosofo *) filosofo: array[0..4] of tipofil; (* principal *) co for num := 0 to 4 do filosofo[num](num) coend end. - Pascal-FC for IBM PC compatibles - - Compiler Version P5.2 G L Davies & A Burns, University of Bradford Compiling filo03... Compilation complete 5 - Interpreter Version P5.3 - Program filo03... execution s...

6 6 Filosofo 4 esta esperando Filosofo 1 esta esperando Filosofo 3 esta esperando Filosofo 2 esta esperando Filosofo 0 esta esperando Filosofo 1 esta esperando Filosofo 3 esta esperando Filosofo 0 esta esperando Filosofo 2 esta esperando Filosofo 4 esta esperando Filosofo 1 esta esperando Filosofo 0 esta esperando Filosofo 3 esta esperando Filosofo 1 esta esperando Filosofo 4 esta esperando Filosofo 2 esta esperando Filosofo 0 esta esperando Filosofo 3 esta esperando Filosofo 1 esta esperando Filosofo 4 esta esperando Filosofo 2 esta esperando

7 Solución similar a la anterior pero usando recursos. program Filo04; (* Filosofos comensales: version recursos *) j, num: integer; resource palcontrol; export getpalillo, putpalillo; palillo: array [0..4] of integer; i: integer; barrera1: boolean; guarded procedure esperando1(i: integer) when not barrera1; forward; guarded procedure esperando2(i: integer) when barrera1; forward; guarded procedure getpalillo(i: integer) when true; if palillo[i] <> 2 then if barrera1 then requeue esperando1(i) else requeue esperando2(i); palillo[(i+1) mod 5] := palillo[(i+1) mod 5] - 1; palillo[(i+4) mod 5] := palillo[(i+4) mod 5] - 1; writeln('filosofo ',i:2,' come') end; (* getpalillo *) procedure putpalillo(i: integer); writeln('filosofo ',i:2,' termina'); palillo[(i+1) mod 5] := palillo[(i+1) mod 5] + 1; palillo[(i+4) mod 5] := palillo[(i+4) mod 5] + 1; barrera1 := not barrera1 end; (* putpalillo *) guarded procedure esperando1; requeue getpalillo(i) end; guarded procedure esperando2; requeue getpalillo(i) end; (* cuerpo del recurso *) barrera1 := true; for i := 0 to 4 do palillo[i] := 2 end; (* palcontrol *) 7 procedure piensa; null end; (* piensa *)

8 procedure come(n: integer); palcontrol.getpalillo(n); sleep(1); palcontrol.putpalillo(n) end; (* come *) process type tipofil(n: integer); piensa; come(n) end; (* filosofo *) filosofo: array[0..4] of tipofil; (* principal *) co for num := 0 to 4 do filosofo[num](num) coend end. - Pascal-FC for IBM PC compatibles - - Compiler Version P5.2 G L Davies & A Burns, University of Bradford Compiling filo04... Compilation complete - Interpreter Version P5.3 - Program filo04... execution s... 8

9 program Filo05; (* Filósofos comensales usando CANALES *) const nfil = 5; maxfil = 4; type canalsyn = array[0..maxfil] of channel of synchronous; ind: integer; getpalillo,putpalillo: canalsyn; 9 procedure piensa;

10 null end; procedure come; null end; process type tipofil(n: integer); piensa; getpalillo[n]! any; come; putpalillo[n]! any; end; (* filosofo *) process palcontrol; palillo: array[0..maxfil] of integer; i: integer; for i := 0 to maxfil do palillo[i] := 2; select for i := 0 to maxfil replicate when palillo[i] = 2 => getpalillo[i]? any; palillo[(i+1) mod nfil]:=palillo[(i+1) mod nfil]-1; palillo[(i+4) mod nfil]:=palillo[(i+4) mod nfil]-1; writeln('filosofo ',i:1,' come'); or for i := 0 to maxfil replicate putpalillo[i]? any; palillo[(i+1) mod nfil]:=palillo[(i+1) mod nfil]+1 ; palillo[(i+4) mod nfil]:=palillo[(i+4) mod nfil]+1 ; writeln('filosofo ',i:1,' piensa'); or terminate end end; (* palcontrol *) filosofo:array[0..4] of tipofil; co for ind := 0 to maxfil do filosofo[ind](ind); palcontrol coend end. - Pascal-FC for IBM PC compatibles - - Compiler Version P5.2 G L Davies & A Burns, University of Bradford Compiling filo05... Compilation complete - Interpreter Version P5.3 - Program filo05... execution s... 10

11 11 Filosofo 3 piensa Filosofo 1 piensa Filosofo 0 piensa Filosofo 0 piensa Filosofo 1 piensa Filosofo 3 piensa Filosofo 0 piensa Filosofo 0 piensa