进程(线程)间同步互斥经典问题（二）哲学家问题

问题描述：

哲学家问题，用于抽象死锁和资源耗尽问题:

有n个叉子，n个哲学家，每个哲学家需要两把叉子才能吃饭。

他们围着圆桌坐，也就是每个人左手边右手边都有叉子，但是可能是同一把叉子。

每把叉子同时只能有一个人在用

问题分析：

主要是要考虑死锁和资源耗尽的问题:

考虑死锁的情况，每个人都拿起叉子，那么都在睡觉等另一个哲学家放下叉子，那么所有的进程都在睡觉，没有进程能够唤醒，那么陷入死锁

考虑资源耗尽的情况，假设我们通过设置一个时间，让拿起叉子的哲学家自己醒来放下叉子，过一段时间再重新拿起，那么如果所有进程都同时开始执行，也会陷入一种死循环中，与死锁其实也是等同的了。

基本思路：

我们定义fork[MAX]表示每个叉子的状态，每个叉子有两个状态:

脏：初始值，说明叉子没有被用过或者被当前持有者已经用过

净：表示已经被人拿起，但是还没有被用过

那么对于一个饿的科学家，他首先会询问两侧的勺子是否是干净的

如果是脏的，那么说明它已经被当前持有人用过，所以是已经可以被放下，那么我可以拿走，叉子被擦干净。

对于一个干净的叉子，一定是正在等待被使用的，所以我只能睡觉等它使用完后拿走它的脏叉子。

如果两个哲学家竞争同一资源时，让给编号小的哲学家

那么我们为了方便编程，考虑将上面的概念对应到信号量上，因为每个叉子同时只能有一个哲学家操作，才能保证不出现混乱，那么每个叉子需要一个锁，每个哲学家只有在它为脏的时候才能取，所以每个叉子作为一个初值为1的信号量即可。然后加一个互斥锁，防止死锁的出现。

代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

#define MAX 5
#define TRUE 1

#define p(x) sem_wait(&x)
#define v(x) sem_post(&x)

/*
sem_wait(&x)
sem_wait是一个原子操作，它的作用使从信号量的值中减"1",
但它永远会先等待该信好两为一个非零值才开始做减法
sem_post(&x)
在不冲突的情况下，给信号量的值加上一个"1"
*/

sem_t forks[MAX];//记录叉子的状态，0代表干净，1代表脏
pthread_mutex_t mutex;

void init ( )
{
int i;
//初始话信号量，叉子的初始状态是脏(1)
for ( i = 0 ; i < MAX ; i++ )
sem_init( &forks[i] , 0 , 1 );
}

//描述哲学家的操作的函数
void * philosopher ( void* arg )
{
int* p = (int*)arg;
int x = *p;//获得哲学家的id
while ( TRUE )
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
p(forks[x]);//如果叉子脏，那么由当前拿叉子的人擦干净拿来
p(forks[(x+1)%MAX]);//同上
printf ( "the %dth philosopher having meal...\n" , x );
sleep(1);//哲学家吃啊吃...
v(forks[x]);//吃饭后弄脏了叉子
v(forks[(x+1)%MAX]);//同上
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(2);//哲学家等自己变饿
}
}

int main ( )
{
init ();//初始化叉子的状态
pthread_t id[MAX];//用来存每个哲学家线程的id
int tid[MAX];//用来存每个哲学家的id
int i;
for ( i = 0 ; i < MAX ; i++ )
{
tid[i] = i;
//创建一个新的线程
pthread_create ( &id[i] , NULL , philosopher , &tid[i] );
}
//设置主线程阻塞，等待每个哲学家线程
for ( i = 0 ; i < MAX ; i++ )
pthread_join ( id[i] , NULL );
}