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Trabalho para a disciplina de Sistemas Operacionais

Problema do Jantar dos Filósofos

Este projeto implementa uma solução para o problema clássico do Jantar dos Filósofos usando a linguagem de programação C e a biblioteca Pthreads. O objetivo é garantir que os filósofos possam comer e pensar sem causar deadlocks ou starvation.

Funcionamento do Código

O código simula um grupo de filósofos sentados ao redor de uma mesa circular. Cada filósofo alterna entre pensar e comer.

Para evitar deadlock, o código implementa a estratégia de evitar que todos os filósofos fiquem famintos ao mesmo tempo. A função testar() é responsável por verificar se um filósofo pode pegar os palitos (recursos) para comer. Ela verifica se o filósofo está faminto e se seus vizinhos da esquerda e da direita não estão comendo. Se todas as condições forem atendidas, o filósofo pode começar a comer. Caso contrário, o filósofo continua faminto e aguarda uma sinalização de que pode tentar novamente.

Por outro lado, a estratégia principal para evitar starvation é a detecção do tempo que um filósofo passa faminto. Quando um filósofo está faminto, o código verifica se ele ficou faminto por um número de ciclos de tempo (definido pela constante CICLOS_STARVATION) maior do que o permitido. Se isso acontecer, é definida a flag starvation_flag, indicando que ocorreu uma situação de starvation.

Funções Principais

• pensar: Simula o filósofo pensando, exibindo uma mensagem na tela e dormindo por um período de tempo aleatório.

• comer: Simula o filósofo comendo, exibindo uma mensagem na tela e dormindo por um período de tempo aleatório.

• pegar_palitos: Representa o filósofo tentando pegar os palitos. Atualiza o estado do filósofo e, para evitar deadlock, aguarda até que os filósofos adjacentes não estejam comendo.

• liberar_palitos: Libera os palitos após o filósofo terminar de comer. Atualiza o estado do filósofo e sinaliza os filósofos adjacentes, se estiverem esperando pelos palitos.

• filosofo: Representa o comportamento de um filósofo. Alterna entre pensar, pegar e liberar os palitos, e verifica a ocorrência de deadlocks e situações de starvation.

Execução

Cada filósofo é representado por uma thread e segue o seguinte ciclo:

1. Pensar por um tempo aleatório.
2. Tentar pegar os palitos.
3. Comer por um tempo aleatório.
4. Liberar os palitos.

A struct Monitor é responsável por verificar se um filósofo faminto pode comer, levando em consideração o estado de seus vizinhos. Se ambos os vizinhos não estiverem comendo, o filósofo faminto pode começar a comer.

A função main é responsável por inicializar o monitor, criar um processo separado para cada filósofo, aguardar a finalização dos processos e limpar os recursos utilizados.

Resultados

A solução proposta evita deadlocks e starvation. O programa monitora continuamente o estado dos filósofos e informa ao usuário se houve algum destes dois problemas. Após diversos testes sob minha análise, não houve nenhuma situação em que os filósofos se encontraram nestes estados.

Problemas Encontrados

O principal desafio foi utilizar a biblioteca Pthreads de maneira correta e implementar o monitor de forma a evitar deadlocks e starvation. Para isso, foi necessário garantir que um filósofo só pudesse comer se seus vizinhos não estivessem comendo. Além disso, foi adicionado um mecanismo para detectar starvation, encerrando o programa caso um filósofo fique faminto por um número específico de ciclos.

Compilação e Execução

Para compilar o código, execute o seguinte comando no terminal:

gcc -o filosofos filosofos.c -lpthread

Em seguida, execute o programa com o comando:

./filosofos

O programa exibirá o estado dos filósofos em tempo real. Para encerrar a execução, pressione Ctrl+C.

Observações

• O número de filósofos é definido pela constante N no início do código.
• A flag de starvation apenas será acionada se um filósofo ficar sem comer por mais ciclos do que a quantidade dada pela constante CICLOS_STARVATION.
• Após a execução, são exibidas as ações de cada filósofo (pensar, esperar pelos palitos, comer) e quaisquer deadlocks ou situações de starvation são detectados e relatados.