VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ĐỒNG BỘ TIẾN TRÌNH THEO THEO THUẬT TOÁN 5 TRIẾT GIA ĂN TỐI BẰNG NGÔN NGỮ JAVA

HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

BÀI TẬP MƠN HỌC NGUN LÝ HỆ ĐIỀU HÀNH
VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG Q TRÌNH ĐỒNG BỘ TIẾN
TRÌNH THEO THEO THUẬT TỐN 5 TRIẾT GIA ĂN TỐI BẰNG
NGƠN NGỮ JAVA

Ngành: An tồn thơng tin

Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Hiệp
Phạm Cơng Hưởng
Nguyễn Anh Tuấn
Lớp: AT16C0405
Người hướng dẫn:
TS. Nguyễn Đào Trường
Khoa Công nghệ thông tin – Học viện Kỹ thuật mật mã


Hà Nội, 2022


NHẬN XÉT VÀ CHO ĐIỂM CỦA GIÁO VIÊN
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.............................................................................................................................


LỜI NĨI ĐẦU
Nếu khơng có phần mềm, máy tính chỉ là một thiết bị điện tử thông thường.
Với sự hỗ trợ của phần mềm, máy tính có thể lưu trữ, xử lý thơng tin và người sử
dụng có thể gọi lại được thơng tin này. Phần mềm máy tính có thể chia thành nhiều
loại: chương trình hệ thống, quản lý sự hoạt động của máy tính. Chương trình ứng
dụng, giải quyết các vấn đề liên quan đến việc sử dụng và khai thác máy tính của
người sử dụng. hệ điều hành thuộc nhóm các chương trình hệ thống và nó là một
chương trình hệ thống quan trọng nhất đối với máy tính và cả người sử dụng. Hệ
điều hành điều khiển tất cả các tài nguyên của máy tính và cung cấp một mơi
trường thuận lợi để các chương trình ứng dụng do người sử dụng viết ra có thể
chạy được trên máy tính.
Một máy tinh hiện đại có thể bao gồm: một hoặc nhiều processor, bộ nhớ,

clocks, đĩa, giao diện mạng, và các thiết bị vào/ra khác. Tất cả nó tạo thành một hệ
thống phức tạp. Để viết các chương trình để theo dõi tất cả các thành phần của máy
tính và sử dụng chúng một cách hiệu quả, người lập trình phải biết processor thực
hiện chương trình như thế nào, bộ nhớ lưu trữ thông tin như thế nào, các thiết bị
đĩa làm việc (đọc/ghi) như thế nào, lỗi nào có thể xảy ra khi đọc một block đĩa,…
đây là những cơng việc rất khó khăn và q q khó đối với người lập trình.
Nhưng rất may cho cả người lập trình ứng dụng và người sử dụng là những công
việc trên đã được hệ điều hành hỗ trợ nên họ không cần quan tâm đến cái đấy nữa.
Chúng ta cần tìm hiểu về hệ điều hành đề có một cái nhìn tổng qt về những gì
liên quan đến việc thiết kế cài đặt cũgn như chức năng của hệ điều hành để hệ điều
hành đạt được mục tiêu: Giúp người sử dụng khai thác máy tính một cách dễ dàng
và chương trình của người sử dụng có thể chạy được trên máy tính.
“Bài tốn bữa tối của các triết gia” (Dining Philosophers), một bài toán kinh
điển về tương tranh và chia sẻ tài nguyên. Việc nghiên cứu bài toán sẽ cho chúng ta
hiểu rõ hơn về khia cạnh này của hệ thống.


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I, Tiến trình(processes).
1, Khái niệm:
- Tiến trình là một bộ phận của một chương trình thực đang thực hiện, đơn vị thực
hiện tiến trình là processer.
- Vì tiến trình là một bộ phận của chương trình nên tương tự như chương trình tiến
trình cũng sở hữu một con trỏ lệnh, một con trỏ stack, một tập các thanh ghi, một
không gian địa chỉ trong bộ nhớ chính và tất cả các thơng tin cần thiết khác để tiến
trình có thể hoạt động được.
2, Các loại tiến trình:
- Các tiến trình trong hệ thống chia làm hai loại: tiến trình tuần tự và tiến trình song
song.
+ Tiến trình tuần tự là các tiến trình mà điểm khởi tạo của nó là

điểm kết thúc của tiến trình trước đó.
+ Tiến trình song song là các tiến trình mà điểm khởi tạo của
tiến trình này nằm ở thân của các tiến trình khác, thức là có thể khởi tạo một tiến
trình mới khi các tiến trình đó chưa kết thúc.
II, Luồng(Thread).
Luồng là thành phần của tiến trình sở hữu ngăn xếp và thực thi độc lập ngay
trong mã lệnh của tiến trình. Nếu như hệ điều hành có nhiều tiến trình thì trong mỗi
tiến trình bạn có thể tạo ra nhiều tuyến hoạt động song song trong hệ điều hành.
Ưu điểm của tuyến là chúng hoạt động trong cùng một khơng gian địa chỉ của tiến
trình. Tập hợp một nhóm các tuyến có thể sử dụng chung biến tồn cục, vùng nhớ
Heap, bảng mơ tả file… của tiến trình, cơ chế liên lạc giữa tuyến đơn giản và hiệu
quả hơn cơ chế liên lạc giữa các tiến trình với nhau.
Ưu điểm của việc sử dụng luồng trong tiến trìnhh đơn giản hơn lập trình tuần
tự. Nhiều thao tác xuất nhập hoặc hiển thị dữ liệu có thể tách rời và phân cho các
tuyến chạy độc lập thực thi.
III, Giải pháp Semaphore.
Semaphore là một dóng góp quan trọng của nhà tốn học E. W. Dijktra. Có
thể xem Semaphore như là một mở rộng của Mutex locks.
Semaphore S là một biến tài nguyên, khởi gán bằng một giá trị không âm, đó
là khả năng phục vụ của tài nguyên tương ứng với nó.
Ứng với S có một hàng đợi F(s) để lưu các tiến trình đang bị blocked trên S.


Chỉ có hai thao tác Down và Up được tác động đến Semaphore S. Down
giảm S xuống một đơn vị, Up tăng S lên một đơn vị.
Ở đây chúng ta cần lưu ý rằng: Down và Up là các thủ tục của hệ điều hành,
nên hệ điều hành đã cài đặt cơ chế độc quyền cho nó, tức là các lệnh bên trong nó
khơng thể tách rời nhau.
IV, Deadlock
- Deadlock là một trạng thái mà ở đó một tập các tiến trình bị chặn vì mỗi tiến trình

đang chiếm giữ tài nguyên và chờ đợi được cấp phát tài nguyên khác được giữ bởi
tiến trình khác. Nói cách khác, mỗi tiến trình trong hệ thống đang chờ để được cấp
phát tài nguyên đang bị chiếm giữ bởi tài nguyên khác. Nếu tài ngun đó khơng
được giải phóng để tiến trình khác có thể sử dụng, thì tiến trình đang chờ lấy tài
nguyên sẽ chờ mãi, chờ mãi dẫn đến khoá chết (Deadlock)
- Các điều kiện phát sinh Deadlock:
+ Loại từ tương hỗ (Mutual Exclusion): tại một thời điểm, tài nguyên
không thể chia sẻ được cho hệ thống cấp phát cho một tiến trình duy nhất. Tiến
trình khác khơng thể sử dụng cho đến khi tài nguyên được giải phóng.
+ Giữ và chờ (hold and wait): Mỗi tiến trình trong tập hợp tiến trình
đang giữ một tài nguyên và chờ đợi để được cấp phát một tài ngun mới.
+ Khơng có quyền ưu tiên (No Preemption): Một tiến trình khơng thể
ciếm giữ tài nguyên cho đến khi tài nguyên đó được giải phóng bởi tiến trình đang
sử dụng nó.
+ Tồn tại chu kì chờ (Circular Wait): Các tiến trình giữ một tài nguyên
và chờ nhận một tài nguyên khác bởi tiến trình kahsc. Chúng nối đi nhau tạo
thành vịng trịn. Chờ vô tận.


CHƯƠNG 2: MƠ TẢ BÀI TỐN
I, Đề bài:
Viết chương trình mơ phỏng q trình đồng bộ tiến trình (điều độ) theo thuật
tốn 5 triết gia ăn tối bằng ngơn ngữ Java.
II, Mơ tả bài tốn:
Đây là một bài tốn cổ điển về hệ điều hành. Bài toán bữa tối của các triết
gia đưuocj đưa ra bời nhà toán học E. W.Dijkstra. Bài tốn được mơ tả như sau: Có
năm triết gia cùng ngồi ăn quanh một chiếc bàn tròn, trước mặt mỗi người có một
đĩa đồ ăn, mỗi người có một đĩa, giữa hai triết gia thì có một chiếc đũa. Bài toán
được phát biểu như sau: “ khi một triết gia suy nghĩ, ông ta không thể giao tiếp với
các triết gia khác. Thỉnh thoảng, một triết gia cảm thấy đói và cố gắng chọn 2 chiếc

đũa gần nhất( đũa trái và đũa phải). Một triết gia chỉ có thể chỉ lấy một chiếc đũa
tại một thời điểm. Chú ý, ơng ta khơng thể lấy chiếc đũa mà nó đang được dùng
bởi người bên cạnh. Khi một triết gia đối và có hai chiếc đũa cùng một lúc, ơng ta
ăn mà không đặt đũa xuống. Khi triết gia ăn xong, ông ta đặt đũa xuống và bắt đầu
suy nghĩ tiếp”.
III, u cầu:
- Tìm cách để khơng ai chết đói.
- Bài toán đặt ra vấn đề “đồng bộ giữa các tiến trình”, giải quyết vấn đề tắc nghẽn có
thể xảy ra.


CHƯƠNG 3: CÁCH GIẢI QUYẾT BÀI TỐN
I, Mơ tả hướng giải quyết.
Để giải quyết bài tốn, thì trong phần này, ta sẽ sử dụng thuật tốn
Semaphore.
Và sử dụng tính chất hoạt động song song của đa luồng (Thread).
II, Giải thích code và kết quả.
1, Class Fork (đũa):

- Với class này, chúng ta áp dụng thuật toán Semaphore để đánh dấu trạng thái của
những chiếc đũa trong bài toán. Những chiếc đũa ban đầu sẽ có giá trị là 1. Ở giá
trị này, thì nó coi là đang khơng được sử dụng.
- Khi mà chiếc đũa đang được sử dụng, với phương thức acquire(), sẽ gán cho chiếc
đũa đấy giá trị là 0 – hay là đang trong trạng thái sử dụng.
- Khi mà sử dụng xong (Hết sleep time) thì phương thức release() sẽ trả lại cho chiếc
đũa đấy giá trị là 1.
- Ở đây, ta sẽ cho thêm phương thức isFree(), phương thức này sẽ giúp kiểm tra
trạng thái của chiếc đũa.
2, Class Philosopher

- Với class Philosopher, ta sẽ kế thừa class Thread để giúp cho class này sử dụng cơ
chế đa luồng của Thread.
- Đầu tiên, sẽ có 3 thuộc tính, đó là number: số thứ tự của các nhà triết gia, leftFork
và rightFork: là đũa trái, đũa phải của các triết gia tương ứng.
- Tiếp theo, sẽ có một hàm khởi tạo của class này.
- Các triết gia có các hành động là: tham gia vào bữa ăn, lấy đũa trái, lấy đũa phải,
suy nghĩ và ăn.
3, Main:


- Phương thức Main, là phương thức sẽ sử dụng hai class mà đã tạo là class Fork và
class Philosopher để chạy chương trình.

- Dùng để tạo một mảng chứa các đối tượng đũa.

- Dùng để tạo mảng gán các đối tượng nhà triết gia và khởi động luồng.


- Với vịng lặp While, vịng lặp này sẽ có tác dụng kiểm tra quá trình Deadlock. Tất
cả các luồng được kiểm tra về tài nguyên đang được chiếm giữ. Nếu như tất cả các
luồng bị quá tải do không đủ tài nguyên, dẫn đến giới hạn của Deadlock, người
dùng sẽ nhận một cảnh báo và tự động dừng chương trình.


KẾT LUẬN
Qua bài tập này, chúng ta sẽ hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của luồng
trong hệ điều hành, cách các luồng nhận và giả lại tài nguyên sao cho hợp lý để
cho hệ điều hành hoạt động tốt nhất có thể. Và hiểu thêm về thuật tốn Semaphore
và cách thức hoạt động của nó, kết hợp với luồng, để có thể sử dụng trong một

trường hợp nào đấy trong tương lai. Em cảm ơn thầy đã cho em cơ hội được
nghiên cứu về đề tài này và giúp em có thêm kiến thức. Em xin cảm ơn!