【操作系统】哲学家就餐问题

问题

有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心粉，每人面前有一只空盘子，每两人之间放一只筷子。每个哲学家的行为是思考，感到饥饿，然后吃通心粉。为了吃通心粉，每个哲学家必须拿到两只筷子，并且每个人只能直接从自己的左边或右边去取筷子。
一个简单的解法是，用一个信号量表示一支筷子，这五个信号量构成信号量数组，所有信号量初始值为1，第I个哲学家的活动课描述为：

semaphore chopstick[0…4] = {1,1,1,1,1};
Repeatthink;wait(chopstick[i]);wait(chopstick[(i+1) mod 5]);eat;signal(chopstick[i]);signal(chopstick[(i+1) mod 5]);
until false;

若五位哲学家同时饥饿而各自拿起了左边的筷子，这使五个信号量 chopstick 均为 0，当他们试图去拿起右边的筷子时，都将因无筷子而无限期地等待下去，即可能会引起死锁。为防止死锁发生，哲学家进餐问题的改进解法：
方法一：至多只允许四位哲学家同时去拿左筷子，最终能保证至少有一位哲学家能进餐，并在用完后释放两只筷子供他人使用。
方法二：仅当哲学家的左右手筷子都拿起时才允许进餐。
方法三：规定奇数号哲学家先拿左筷子再拿右筷子，而偶数号哲学家相反。
请用PV操作描述上述三种方法。

解决方法

方法一

至多只允许四位哲学家同时去拿左筷子，最终能保证至少有一位哲学家能进餐，并在用完后释放两只筷子供他人使用

int chopstick[5] = {1, 1, 1, 1, 1};
int man = 4;  //最多4个人可以拿左筷子
Philosopher( int i ) {  //第i个哲学家while( true ) {think();wait( man );  //拿左筷子的哲学家不超过4个wait( chopstick[i] );wait( chopstick[ (i+1)%5 ] );eat();signal( chopstick[i] );signal( chopstick[(i+1)%5] );signal( man );}
}

方法二

仅当哲学家的左右手筷子都拿起时才允许进餐，否则将拿起的筷子放下

（1）为便于理解（2），先使用AND型信号量int chopstick[5] = {1, 1, 1, 1, 1};
Philosopher( int i ) {while( true ) {think();Swait( chopstick[i], chopstick[(i+1)%5] );eat();Ssignal( chopstick[i], chopstick[(i+1)%5] );}
}(2) 使用PV操作// 使用加锁方式，将取左右筷子的过程绑定为原子操作
int chopstick[5] = {1, 1, 1, 1, 1};
int muitex = 1;
Philosopher( int i ) {while( true ) {think();wait( mutex );wait( chopstick[i] );wait( chopstick[(i+1)%5] );signal( mutex );eat();signal( chopstick[i] );signal( chopstick[(i+1)%5] );}
}

方法三

规定奇数号的哲学家先拿起他左边的筷子,然后再去拿他右边的筷子;而偶数号的哲学家则相反

int chopstick[5] = {1, 1, 1, 1, 1};
Philosopher( int i ) {while( true ) {think();if( i % 2 ) {  //奇数号哲学家wait( chopstick[i] );wait( chopstick[(i+1)%5] );} else {  //偶数号哲学家wait( chopstick[(i+1)%5] );wait( chopstick[i] );}eat();signal( chopstick[i] );signal( chopstick[(i+1)%5] );}
}

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