linux哲学家就餐问题

一、基础概念

哲学家就餐问题描述
- 这是一个经典的并发控制问题。有五个哲学家围坐在一张圆形餐桌旁，每个哲学家之间有一根筷子（资源）。哲学家们的生活由一系列的动作组成：思考、饥饿、拿起筷子、吃饭、放下筷子。当一个哲学家饥饿时，他会尝试拿起左右两边相邻的筷子，只有当两根筷子都拿到手时，他才能吃饭，吃完饭后放下筷子继续思考。

涉及的并发概念
- 这个问题主要涉及到进程或线程之间的同步和互斥。多个哲学家（可以看作多个并发执行的进程或线程）需要竞争有限的资源（筷子），并且要避免出现死锁、饥饿等并发问题。

二、相关优势（如果从正确解决该问题的角度来看）

资源合理利用
- 正确的解决方案可以确保筷子（资源）得到合理的分配和使用，使得哲学家们能够有序地进行思考和就餐活动，不会出现资源长时间闲置或者过度竞争的情况。

避免系统故障
- 防止死锁的发生，死锁会导致整个系统中的哲学家都无法继续进行下一步动作，就像程序中的死锁会使相关进程无法继续执行一样。

三、类型（从不同的解决思路角度）

资源分级法
- 给筷子编号，哲学家总是先拿起编号较小的筷子，再拿起编号较大的筷子。这样可以避免循环等待的情况，从而避免死锁。例如，对于哲学家i（0 <= i < 5），他先拿起i号筷子，再拿起(i + 1)%5号筷子。

信号量机制
- 可以使用信号量来表示筷子的可用状态。每个筷子对应一个信号量，初始值为1（表示筷子可用）。哲学家在拿起筷子之前需要执行P操作（等待操作，如果信号量为0则阻塞），放下筷子时执行V操作（释放操作，使信号量加1）。
- 以下是使用信号量解决哲学家就餐问题的简单伪代码示例（基于Linux的信号量机制概念）：

#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>

#define NUM_PHILOSOPHERS 5

sem_t chopsticks[NUM_PHILOSOPHERS];

void* philosopher(void* num) {
    int i = *(int*)num;
    while (1) {
        // 思考
        printf("Philosopher %d is thinking
", i);
        // 饥饿并尝试拿起筷子
        sem_wait(&chopsticks[i]);
        sem_wait(&chopsticks[(i + 1)%NUM_PHILOSOPHERS]);
        // 吃饭
        printf("Philosopher %d is eating
", i);
        // 放下筷子
        sem_post(&chopsticks[i]);
        sem_post(&chopsticks[(i + 1)%NUM_PHILOSOPHERS]);
    }
}

int main() {
    pthread_t philosophers[NUM_PHILOSOPHERS];
    int philosopher_nums[NUM_PHILOSOPHERS];
    for (int i = 0; i < NUM_PHILOSOPHERS; i++) {
        sem_init(&chopsticks[i], 0, 1);
    }
    for (int i = 0; i < NUM_PHILOSOPHERS; i++) {
        philosopher_nums[i] = i;
        pthread_create(&philosophers[i], NULL, philosopher, &philosopher_nums[i]);
    }
    for (int i = 0; i < NUM_PHILOSOPHERS; i++) {
        pthread_join(philosophers[i], NULL);
    }
    for (int i = 0; i < NUM_PHILOSOPHERS; i++) {
        sem_destroy(&chopsticks[i]);
    }
    return 0;
}

四、应用场景