Linux编程:进程同步问题之哲学家就餐问题

一、哲学家就餐问题描述

如下图,5个哲学家用一生的时间吃饭和思考。他们共用一张圆桌,每人都有一张椅子,桌上放着5支筷子。每个哲学家感到饥饿时,会试图拿起左右的两只筷子,每位哲学家每次只能拿起一只筷子。当每位哲学家同时有两支筷子的时候,他可以吃饭。当他吃完后,他会放下筷子,并开始思考。
我们需要保证不会出现哲学家饿死的情况发生。
这里写图片描述

二、解决方法

文章将采用以下两种方法解决哲学家就餐问题

  • 要求每位哲学家同时拿起两只筷子。
  • 要求座位号为奇数的哲学家先拿左手的筷子,偶数的哲学家先拿右手的筷子。

三、代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<semaphore.h>
#define Phi_Number 5

pthread_mutex_t chopstick[5] ;  

void *solve1(void *arg)  
{
   
     
    	int phi = *(int *)arg;  
    	int left,right; 
    	switch (phi)
	{
   
     
		case 1:  
		    left = 5;  
		    right = 1;  
		    break;  
		case 2:  
		    left = 1;  
		    right = 2;  
		    break;  
		case 3:  
		    left = 2;  
		    right = 3;  
		    break;  
		case 4:  
		    left = 3;  
		    right = 4;  
		    break;  
		case 5:  
		    left = 4;  
		    right = 5;  
		    break; 
	}  
	   
	while(1)
	{
   
     
		printf("Philosopher %d is thiking !\n",phi);
		sleep(1); // thinking
		pthread_mutex_lock(&chopstick[left]); // Ruquest left chopstick		
		time_t timep11;
		time (&timep11);
		printf("Philosopher %d takes left chopstick %d at %s",phi,left,asctime(gmtime(&timep11)));
		
		if (pthread_mutex_trylock(&chopstick[right]))//return 0 if success
		{
   
       
		    	pthread_mutex_unlock(&chopstick[left]); // Release left chopstick 
			printf("Philosopher %d release left chopstick %d\n", phi, left);  
		    	continue;  
		}  
		time_t timep1;
		time (&timep1)
哲学家进餐问题是一个经典的多线程同步问题,本质上是一种资源竞争问题。以下是用Java编程实现哲学家进餐问题的示例代码: ``` import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class DiningPhilosophers { private static final int NUM_PHILOSOPHERS = 5; private static final int NUM_FORKS = 5; public static void main(String[] args) { Philosopher[] philosophers = new Philosopher[NUM_PHILOSOPHERS]; Object[] forks = new Object[NUM_FORKS]; // 初始化叉子对象 for (int i = 0; i < NUM_FORKS; i++) { forks[i] = new Object(); } // 创建哲学家对象并启动线程 for (int i = 0; i < NUM_PHILOSOPHERS; i++) { Object leftFork = forks[i]; Object rightFork = forks[(i + 1) % NUM_FORKS]; // 最后一个哲学家的左右叉子需要交换 if (i == NUM_PHILOSOPHERS - 1) { philosophers[i] = new Philosopher(rightFork, leftFork); } else { philosophers[i] = new Philosopher(leftFork, rightFork); } new Thread(philosophers[i], "哲学家 " + (i + 1)).start(); } } } class Philosopher implements Runnable { private Object leftFork; private Object rightFork; private Lock lock = new ReentrantLock(); public Philosopher(Object leftFork, Object rightFork) { this.leftFork = leftFork; this.rightFork = rightFork; } @Override public void run() { try { while (true) { // 尝试获取左叉子 lock.lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 拿起左边的叉子"); // 尝试获取右叉子 synchronized (rightFork) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 拿起右边的叉子,开始进餐"); Thread.sleep(1000); // 模拟进餐时间 } } finally { // 放下左叉子 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 放下左边的叉子"); lock.unlock(); } // 放下右叉子 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 放下右边的叉子,开始思考"); Thread.sleep(1000); // 模拟思考时间 } } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); } } } ``` 在这个示例代码中,每个哲学家都是一个线程。每个哲学家需要持有两个叉子才能进餐。为了避免死锁,我们使用了一个锁对象来保证每个哲学家只能拿起一只叉子,等到拿到第二只叉子才能进餐。同时,我们将每个叉子都作为一个对象来进行互斥访问,避免了多个哲学家同时竞争同一个叉子的情况。
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