哲学家进餐问题
作者:互联网
有五个哲学家围在一张圆桌,分别坐在周围的五张椅子上,在圆桌上有五个碗和物质筷子,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,只有在他拿到两支筷子时才能进餐。进餐完毕后,放下筷子继续思考。
我们可以从上面的题目中得出,筷子是临界资源,同一根筷子同一时刻只能有一个哲学家可以拿到。
1.问题分析
由问题描述我们可以知道,一共有五个哲学家,也就是五个进程;五只筷子,也就是五个临界资源;因为哲学家想要进餐,必须要同时获得左边和右边的筷子,这就是要同时进入两个临界区(使用临界资源),才可以进餐。
2.信号量设置
因为是五只筷子为临界资源,因此设置五个信号量即可。
3.错误的示例
semaphore mutex[5] = {1,1,1,1,1}; //初始化信号量
void philosopher(int i){
do {
//thinking //思考
P(mutex[i]);//判断哲学家左边的筷子是否可用
P(mutex[(i+1)%5]);//判断哲学家右边的筷子是否可用
//...
//eat //进餐
//...
V(mutex[i]);//退出临界区,允许别的进程操作缓冲池
V(mutex[(i+1)%5]);//缓冲池中非空的缓冲区数量加1,可以唤醒等待的消费者进程
}while(true);
}
但是如果考虑到并发问题,五个哲学家同时拿起了左边的筷子,此时,五只筷子立刻都被占用了,没有可用的筷子了,当所有的哲学家再想拿起右边筷子的时候,因为临界资源不足,只能将自身阻塞,而所有的哲学家全部都会阻塞,并且不会释放自己手中拿着的左边的筷子,因此就会一直处于阻塞状态,无法进行进餐并思考。
因为,为了解决五个哲学家争用的资源的问题,我们可以采用以下几种解决方法:
4.解决方案
4.1 方案一
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,并在用餐完毕后能释放他占用的筷子,从而使别的哲学家能够进餐;
我们可以简单的通过增加一个信号量实现,通过这个信号量限定哲学家并发去进餐的数量。
semaphore mutex[5] = {1,1,1,1,1}; //初始化信号量
semaphore count = 4; //控制最多允许四位哲学家同时进餐
void philosopher(int i){
do {
//thinking //思考
p(count); //判断是否超过四人准备进餐
P(mutex[i]); //判断缓冲池中是否仍有空闲的缓冲区
P(mutex[(i+1)%5]);//判断是否可以进入临界区(操作缓冲池)
//...
//eat //进餐
//...
V(mutex[i]);//退出临界区,允许别的进程操作缓冲池
V(mutex[(i+1)%5]);//缓冲池中非空的缓冲区数量加1,可以唤醒等待的消费者进程
V(count);//用餐完毕,别的哲学家可以开始进餐
}while(true);
}
4.2 方案二
仅当哲学家的左、右两支筷子可用时,才允许他拿起筷子;第二种方法,也就是使用AND型信号量,同时对哲学家左右两边的筷子同时申请
semaphore mutex[5] = {1,1,1,1,1}; //初始化信号量
void philosopher(int i){
do {
//thinking //思考
Swait(mutex[i], mutex[(i+1)%5]);//判断哲学家左边和右边的筷子是否同时可用
//...
//eat
//...
Ssignal(mutex[i], mutex[(i+1)%5]);//进餐完毕,释放哲学家占有的筷子
}while(true);
}
4.3 方案三
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。 对于第三种,需要在代码中添加个判断,来决定获取左、右筷子的顺序
semaphore mutex[5] = {1,1,1,1,1}; //初始化信号量
void philosopher(int i){
do {
//thinking
if(i%2 == 1){
P(mutex[i]);//判断哲学家左边的筷子是否可用
P(mutex[(i+1)%5]);//判断哲学家右边的筷子是否可用
}else{
P(mutex[(i+1)%5]);//判断哲学家右边的筷子是否可用
P(mutex[i]);//判断哲学家左边的筷子是否可用
}
//...
//eat
//...
V(mutex[i]);//退出临界区,允许别的进程操作缓冲池
V(mutex[(i+1)%5]);//缓冲池中非空的缓冲区数量加1,可以唤醒等待的消费者进程
}while(true);
}
标签:信号量,进餐,哲学家,问题,临界,mutex,筷子 来源: https://blog.csdn.net/tianynnb/article/details/120498432