2.18哲学家问题

不念不忘少年蓝@ 2023-07-22 09:27 11阅读 0赞

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# 一，问题描述： #

一张桌子上有5名哲学家，每两个哲学家之间的桌子上有一根筷子，桌子中间是水煮鱼。哲学家们倾注毕生的经历用于思考和进餐，哲学家在思考时，并不影响他人。只有当哲学家饥饿时，才会试图拿起左右两根筷子（一根，一根地拿起）。如果筷子已经在其他人手上，则需要等待。饥饿的哲学家只有同时拿起两根筷子才可以开始进餐，当进餐完毕后，放下筷子继续思考

# 二。问题分析： #

1，关系分析：系统中有5个哲学家进程，5位哲学家与左右邻居对中间筷子的访问是互斥关系。

2，整理思路：这个问题中只有互斥关系，当与之前不同的是，每个哲学家进程需要同时拥有两个临界资源才可以吃饭。如何避免临界资源分配不当造成的死锁现象，是哲学家问题的精髓。

3，信号量的设置：定义互斥信号量数组chopsticks\[5\]=\{1,1,1,1,1\}用于实现对5根筷子的互斥访问。并对哲学家按0~4编号，哲学家i左边的筷子编号为i，右边的筷子编号为（i+1)%5

# 三，具体实现： #

**问题：**如果5个哲学家同时进餐，且在0号哲学家拿起左边筷子时，发生进程切换到1号哲学家拿起左边筷子，又发生进程切换...最终5个哲学家都拿起左边的筷子，每个哲学家都在等待其他哲学家放下筷子，自己不放下筷子的死锁现象

**解决方法一：**对哲学家进程添加一些限制条件，比如最多运行四个哲学家同时进餐，这样就可以保证至少有一个哲学家可以进餐，进餐完成后放下两根筷子，激活旁边堵塞的哲学家进程。。。所有哲学家都可以进餐

**解决方法二：**要求奇数号的哲学家先拿左边的筷子，然后再拿右边的筷子，二偶数号哲学家刚好相反。用这种方法可以保证如果相邻两个奇偶号哲学家都想吃饭，那么自会有其中一个哲学家拿起第一只筷子，另外一个没有拿起筷子的哲学家进程会直接堵塞，这就避免了哲学家占有一只筷子后等待另一只的情况、

**解决方法三：**仅当一个哲学家左右两边筷子都可以使用时才允许其进餐。

方法三的代码实现：

semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1};
    semaphore mutex=1;  //互斥的访问筷子
    Pi(){//第i个进程此处共有5个进程
        while(1){
            P(mutex);
            P(chopstick[i]);//拿左边的筷子
            P(chopstick[(i+1)%5)]);//拿右边的筷子
            V(mutex);
            吃饭...
            V(chopstick[i]);//放左边的筷子
            V(chopstick[(i+1)%5)]);//放右边的筷子
            思考...
        }
    }

假设1号哲学家拿起了，左边1号筷子和右边2号筷子，就会对两只筷子执行P操作使得其他进程不能对他们访问，如果1号哲学家在吃饭时，发生了进程切换2号哲学家，它在拿起左边2号筷子时就会被堵塞，并不会拿起3号筷子占用资源。

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