问题描述
由Dijkstra提出并解决的哲学家就餐问题是典型的同步问题。该问题描述的是五个哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围的五张椅子上，在圆桌上有五个碗和五只筷子，他们的生活方式是交替的进行思考和进餐。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。进餐完毕，放下筷子继续思考。
用信号量解法：
每只筷子都用一个信号量来表示，一个哲学家通过执行wait()试图获取左边和右边的筷子，它会通过signal()释放筷子。因此：
semaphore chopstick[5] = {1,1,1,1,1}
// 第i个哲学家的伪码表示为：
while (true) {
wait(chopstick[i])；
wait(chopstick[(i+1)%5]);
// eating
signal(chopstick[(i+1)%5]);
signal(chopstick[i]);
}
虽然这一解决方案保证两个邻居不能同时进食，但是它可能导致死锁，因此还是应被拒绝的。假若所有 5 个哲学家同时饥饿并拿起左边的筷子。所有筷子的信号量现在均为 0。当每个哲学家试图拿右边的筷子时，他会被永远推迟。
死锁问题有多种可能的补救措施：
- 允许最多 4 个哲学家同时坐在桌子上。
- 只有一个哲学家的两根筷子都可用时，他才能拿起它们（他必须在临界区内拿起两根 辕子)。
- 使用非对称解决方案。即单号的哲学家先拿起左边的筷子，接着右边的筷子；而双 号的哲学家先拿起右边的筷子，接着左边的筷子。
用互斥量实现哲学家就餐问题
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<semaphore.h>
#include<time.h>
#define N 5 //哲学家数量
#define LEFT(i) (i+N-1)%N //左手边哲学家编号
#define RIGHT(i) (i+1)%N //右手边哲家编号
#define HUNGRY 0 //饥饿
#define THINKING 1 //思考
#define EATING 2 //吃饭
#define U_SECOND 1000000 //1秒对应的微秒数
pthread_mutex_t mutex; //互斥量
int state[N]; //记录每个哲学家状态
//每个哲学家的思考时间，吃饭时间，思考开始时间，吃饭开始时间
clock_t thinking_time[N], eating_time[N], start_eating_time[N],
start_thinking_time[N];
// 线程函数
void *thread_function(void *arg);
int main(int argc,char* argv[]) {
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_t a,b,c,d,e;
//为每一个哲学家开启一个线程，传递哲学家编号
const char* ch0 = "0";
const char* ch1 = "1";
const char* ch2 = "2";
const char* ch3 = "3";
const char* ch4 = "4";
pthread_create(&a,NULL,thread_function, (void*)ch0);
pthread_create(&b,NULL,thread_function, (void*)ch1);
pthread_create(&c,NULL,thread_function, (void*)ch2);
pthread_create(&d,NULL,thread_function, (void*)ch3);
pthread_create(&e,NULL,thread_function, (void*)ch4);
//初始化随机数种子
srand((unsigned int)(time(NULL)));
while(true) {
;
}
}
void* thread_function(void*arg) {
char *a = (char *)arg;
int num = a[0] -'0';
//根据传递参数获取哲学家编号
int rand_time;
while(1) {
//关键代码加锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
//如果该哲学家处于饥饿 并且左右两位哲学家都没有在吃饭 就拿起叉子吃饭
if(state[num] == HUNGRY &&
state[LEFT(num)] != EATING &&
state[RIGHT(num)] != EATING) {
state[num] = EATING;
//记录开始吃饭时间
start_eating_time[num] = clock();
//随机生成吃饭时间
eating_time[num] = (rand() % 5) * U_SECOND;
//输出状态
printf("state: %d %d %d %d %d\n",state[0],state[1],state[2],state[3],state[4]);
printf("%d is eating\n",num);
} else if(state[num] == EATING) {
//吃饭时间已到 ，开始思考
if(clock() - start_eating_time[num] >= eating_time[num]) {
state[num] = THINKING;
printf("state: %d %d %d %d %d\n",state[0],state[1],state[2],state[3],state[4]);
printf("%d is thinking\n",num);
//记录开始思考时间
start_thinking_time[num] = clock();
//随机生成思考时间
thinking_time[num] = (rand() % 10 + 10) * U_SECOND;
}
} else if(state[num] == THINKING) {
//思考一定时间后，哲学家饿了，需要吃饭
if(clock() - start_thinking_time[num] >= thinking_time[num]) {
state[num] = HUNGRY;
printf("state: %d %d %d %d %d\n",state[0],state[1],state[2],state[3],state[4]);
printf("%d is hungry\n",num);
}
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
}
