Linux下实现哲学家就餐问题

哲学家进餐问题是一个多线程运用的经典例子，涉及到线程同步/互斥，临界区访问问题以及一个避免死锁的解决方法。

有五个哲学家绕着圆桌坐，每个哲学家面前有一盘面，两人之间有一支筷子，这样每个哲学家左右各有一支筷子。哲学家有2个状态，思考或者拿起筷子吃饭。如果哲学家拿到一只筷子，不能吃饭，直到拿到2只才能吃饭，并且一次只能拿起身边的一支筷子。一旦拿起便不会放下筷子直到把饭吃完，此时才把这双筷子放回原处。如果，很不幸地，每个哲学家拿起他或她左边的筷子，那么就没有人可以吃到饭了。这就会造成死锁了。这是需要坚决杜绝的，正如操作系统的死锁问题。

编号为i的哲学家就餐的算法如下：   

While(true){
	If( i  %  2 == 0){			//偶数号哲学家
		P(左边筷子对应的信号量)
			P(右边筷子对应的信号量)
			拿起两只筷子吃饭
			V(右边筷子对应的信号量)
			V(左边筷子对应的信号量)
	}else{					//奇数号哲学家
		P(右边筷子对应的信号量)
			P(左边筷子对应的信号量)
			拿起两只筷子吃饭
			V(左边筷子对应的信号量)
			V(右边筷子对应的信号量)
	}
	吃饱后随意的睡上一段时间
}

在Linux下实现的具体代码如下：

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>
#define N 6
#define LEFT i
#define RIGHT (i+1) % N
using namespace std;

class Semaphore {
	private:
		sem_t sem;
	public:
		Semaphore(int value = 1) {
			sem_init(&sem,0,value); //初始化信号量,0表示信号量在线程间共享
		}
		void P() {
			sem_wait(&sem); //等待信号，获取拥有权
		}
		void V() {
			sem_post(&sem); //释放信号，释放拥有权
		}
};

Semaphore mutex[N];
pthread_t thread[N];

int id[N];
void* solve(void* param) {
	int i = *((int*)param);
	while(1) {
		if(i % 2 == 0) {
			mutex[LEFT].P();
			mutex[RIGHT].P();
			printf("哲学家%d就餐\n",i+1);
			mutex[RIGHT].V();
			mutex[LEFT].V();
		}else {
			mutex[RIGHT].P();
			mutex[LEFT].P();
			printf("哲学家%d就餐\n",i+1);
			mutex[LEFT].V();
			mutex[RIGHT].V();
		}
		sleep(1); //线程等待
	}
	pthread_exit(NULL); //结束线程
}
void thread_create() { //进程创建
	int tmp;
	for(int i = 0; i < N; i++) {
		tmp = pthread_create(&thread[i],NULL,solve,&id[i]);
		if(tmp != 0) {
			printf("线程%d创建失败\n",i);
		}
	}
}
void thread_wait() {
	for(int i = 0; i < N; i++) {
		pthread_join(thread[i],NULL);
		printf("线程%d结束\n",i);
	}
}
int main() {
	for(int i = 0; i < N; i++) {
		id[i] = i;
	}
	thread_create();
	thread_wait();
	return 0;
}