操作系统-哲学家进餐问题

哲学家进餐问题：
五个哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围的五张椅子上，在桌子上有五只碗和五只筷子，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐。平时，一个哲学家进行思考，饥饿时便试图取用其左右最靠近他的筷子，只有在他拿到两只筷子时才能进餐。进餐毕，放下筷子继续思考。

分析：放在桌子上的筷子是临界资源，在一段时间内只允许一位哲学家使用，为了实现对筷子的互斥访问，可以用一个信号量表示筷子，由这五个信号量构成信号量数组。

semaphore chopstick[5] = {1,1,1,1,1};
while(true)
{
	/*当哲学家饥饿时，总是先拿左边的筷子，再拿右边的筷子*/
	wait(chopstick[i]);
	wait(chopstick[(i+1)%5]);

	// 吃饭
 
	/*当哲学家进餐完成后，总是先放下左边的筷子，再放下右边的筷子*/
	signal(chopstick[i]);
	signal(chopstick[(i+1)%5]);
}

上述的代码可以保证不会有两个相邻的哲学家同时进餐，但却可能引起死锁的情况。假如五位哲学家同时饥饿而都拿起的左边的筷子，就会使五个信号量chopstick都为0，当他们试图去拿右手边的筷子时，都将无筷子而陷入无限期的等待。

 

避免死锁，使用以下策略：

1.至多只允许四个哲学家同时进餐，以保证至少有一个哲学家能够进餐，最终总会释放出他所使用过的两支筷子，从而可使更多的哲学家进餐。定义信号量count，只允许4个哲学家同时进餐，这样就能保证至少有一个哲学家可以就餐。

semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1};
semaphore count=4; // 设置一个count，最多有四个哲学家可以进来
void philosopher(int i)
{
	while(true)
	{
		think();
		wait(count); //请求进入房间进餐 当count为0时 不能允许哲学家再进来了
		wait(chopstick[i]); //请求左手边的筷子
		wait(chopstick[(i+1)%5]); //请求右手边的筷子
		eat();
		signal(chopstick[i]); //释放左手边的筷子
		signal(chopstick[(i+1)%5]); //释放右手边的筷子
		signal(count); //离开饭桌释放信号量
	}
}

 

2.仅当哲学家的左右两支筷子都可用时，才允许他拿起筷子进餐。利用信号量的保护机制实现，思想是通过记录型信号量mutex对取左侧和右侧筷子的操作进行保护，使之成为一个原子操作，这样可以防止死锁的出现。

semaphore mutex = 1; // 这个过程需要判断两根筷子是否可用，并保护起来
semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1};
void philosopher(int i)
{
	while(true)
	{
		/* 这个过程中可能只能由一个人在吃饭，效率低下，有五只筷子，其实是可以达到两个人同时吃饭 */
		think();
		wait(mutex); // 保护信号量
		wait(chopstick[(i+1)%5]); // 请求右手边的筷子
		wait(chopstick[i]); // 请求左手边的筷子
		signal(mutex); // 释放保护信号量
		eat();
		signal(chopstick[(i+1)%5]); // 释放右手边的筷子
		signal(chopstick[i]); // 释放左手边的筷子
	}
}