线程同步——哲学家进餐问题

哲学家进餐问题

由 Dijkstra提出并解决的哲学家进餐问题（The Dinning Philosophers Problem）是典型的同步问题。

该问题是描述有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。

1. 利用记录型信号量解决哲学家进餐问题
经分析可知，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使用，可以用一个信号量表示一只筷子，由这五个信号量构成信号量数组。

其描述如下：semaphore chopstick[5]={1，1，1，1，1}

所有信号量均被初始化为1，第 i 位哲学家的活动可描述为：

do{
    wait(chopstick[i]);
    wait(chopstick[(i+1)%5]);
    ...
    eating
    ...
    signal(chopstick[i]);
    signal(chopstick[(i+1)%5]);
    ...
    thinking
    ...              
}while(true);

​ 在以上描述中，当某个哲学家饥饿时，总是先去拿他左边的筷子，即执行wait(chopstick[i]);成功后，再去拿他右边的筷子，即执行wait(chopstick[(i+1)%5]);又成功后便可进餐。进餐毕，又先放下他左边的筷子，然后再放他右边的筷子。

​ 虽然，上述解法可保证不会有两个相邻的哲学家同时进餐，但却有可能引起死锁。假如五位哲学家同时饥饿而各自拿起左边的筷子时，就会使五个信号量 chopstick均为0；

当他们再试图去拿右边的筷子时，都将因无筷子可拿而无限期地等待。

对于这样的死锁问题，可采取以下几种解决方法：

1. 至多只允许有四位哲学家同时去拿左边的筷子，最终能保证至少有一位哲学家能够进餐，并在用毕时能释放出他用过的两只筷子，从而使更多的哲学家能够进餐

2. 仅当哲学家的左、右两只筷子均可用时，才允许他拿起筷子进餐

3. 规定奇数号哲学家先拿他左边的筷子，然后再去拿右边的筷子；而偶数号哲学家则相反。

   按此规定，将是1、2号哲学家竞争1号筷子；3、4号哲学家竞争3号筷子。

   即五位哲学家都先竞争奇数号筷子，获得后，再去竞争偶数号筷子，

   最后总会有一位哲学家能获得两只筷子而进餐。

2. 利用AND信号量机制解决哲学家进餐问题

​ 在哲学家进餐问题中，要求每个哲学家先获得两个临界资源（筷子）后方能进餐，这在本质上就是前面所介绍的AND同步问题，故用AND信号量机制可获得最简洁的解法。

semaphore chopstick[5]={1，1，1，1，1};
do{
   Swait(chopstick[i],chopstick[(i+1)%5])
    ...
    eating
    ...
    Ssignal(chopstick[i],chopstick[(i+1)%5]);
    ...
    thinking
    ...              
}while(true);