经典同步问题及及解决方案

最新推荐文章于 2024-10-05 18:42:14 发布

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经典同步问题及及解决方案

哲学家问题

1、问题描述：

一张圆桌上坐着 5 名哲学家，桌子上每两个哲学家之间摆了一根叉子，桌子的中间是一碗米饭，如图所示：

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哲学家们倾注毕生精力用于思考和进餐，哲学家在思考时，并不影响他人。只有当哲学家饥饿的时候，才试图拿起左、右两根叉子（一根一根拿起）。如果叉子已在他人手上，则需等待。饥饿的哲学家只有同时拿到了两根叉子才可以开始进餐，当进餐完毕后，放下叉子继续思考。

2、问题分析

（1）5名哲学家与左右邻居对其中间叉子的访问是互斥关系。同时当哲学家要使用叉子时需要等待两个邻居都放下叉子才行，他们又是同步关系
（2）解决办法：这里要开5个线程，每个哲学家对应一个线程。最开始想到的办法是：每个哲学家先拿起左叉子，再拿起右叉子。

//Philosopher i:
do {
    wait(chopstick[i])        //等左侧的筷子
    wait(chopstick[(i+1) % 5])//等右侧的筷子
         …
        eat
         …
    signal(chopstick[i]);    //放下左侧
    signal(chopstick[(i+1) % 5]);//放下右侧
         …
        think
         …
    } while (1);
}

但是这样会存在问题：如果每个哲学家同时拿起左叉子，都在等待右叉子时造成死锁。
为了防止死锁的发生，可以对哲学家线程施加一些限制条件，比如：
（1）同时只允许一位哲学家就餐
（2）对哲学家顺序编号，要求奇数号哲学家先抓左边的叉子，然后再抓他右边的叉子，而偶数号哲学家刚好相反。
（3）仅当一个哲学家左右两边的叉子都可用时才允许他抓起叉子；

3、解决方案

方法1

//Philosopher i:
semaphore mutex = 1;
do {
    wait(mutex);             //当某一人请求用餐时，其他人不能用
    wait(chopstick[i])        //等左侧的筷子
    wait(chopstick[(i+1) % 5])//等右侧的筷子
         …
        eat
         …
    signal(chopstick[i]);    //放下左侧
    signal(chopstick[(i+1) % 5]);//放下右侧
    signal(mutex);
         …
        think
         …
    } while (1);
}

这里把就餐（而不是叉子）看做是互斥访问的临界资源，因此会造成（叉子）资源的浪费。从理论上说，如果有五把叉子，应允许两个不相邻的哲学家同时进餐。

方法2

//Philosopher i:

do {
    if(i%2==1){
    wait(chopstick[i]);        //等左侧的筷子
    wait(chopstick[(i+1) % 5]);//等右侧的筷子
    }
    else{
    wait(chopstick[(i+1)%5]); //等待右侧的筷子
    wait(chopstick[i]);        //等左侧的筷子     
    }
         …
        eat
         …
    signal(chopstick[i]);    //放下左侧
    signal(chopstick[(i+1) % 5]);//放下右侧
         …
        think
         …
    } while (1);
}