经典的同步/互斥问题

经典的同步/互斥问题—哲学家进餐

一、问题描述
设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，只有他拿到两只筷子时才能进餐。进餐完毕，放下筷子继续思考。

二、问题分析
进程同步:
①直接制约关系:源于进程间的合作。例如，有输入进程 A 通过单缓冲区向计算进程 B 提供数据。当该缓冲区空时，进程B因不能获得所需数据而阻塞，而当进程 A 把数据输入缓冲区后，便将进程 B 唤醒；反之，当缓冲区已满时，进程 A 因不能再向缓冲区投放数据而阻塞，当进程 B 将缓冲区数据取走后便可唤醒 A。
②间接制约关系:同处于一个系统中的进程，通常都共享着某种系统资源。所谓间接相互制约即源于这种资源共享，例如，有两个进程 A 和 B，如果进程A提出打印请求时，系统已将唯一的一台打印机分配给了进程 B，则此时进程 A 只能阻塞；一旦进程 B 将打印机释放，则进程A才能由阻塞改为就绪状态。

临界资源：一次只允许一个进程使用的资源。（包括硬件资源和软件资源，如打印机、共享变量等）
临界区：每个进程中，访问临界资源的那段代码。
互斥：不允许两个及两个以上共享资源的并发进程同时进入临界区称为互斥。也就是说，一个进程正在访问临界资源，另一个要访问该资源的进程必须等待。

哲学家就餐问题即是源于资源共享这种间接制约关系的进程同步问题。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：
临界资源：筷子
信号量的设置: semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1}

第i位哲学家的活动可描述为：

Do{think;wait(chopstick[i]);//左边筷子wait(chopstick[(i+1) % 5]);//右边筷子eat;signal(chopstick[i]);signal(chopstick[(i+1) % 5]);
}while(TRUE);

在以上描述中，当哲学家饥饿时，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)mod 5])；又成功后便可进餐。进餐完毕，放下他左右两边的筷子。
虽然上述解法可保证共享资源的互斥访问（每只筷子同时只能被一位哲学家使用），但有可能引起死锁：
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。

三、解决哲学家进餐问题
①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。
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{think;Swait(chopstick[(i+1) % 5],chopstick[i]);eat;Ssignal(chopstick[(i+1) % 5],chopstck[i]);
}while(TRUE);

利用记录型信号量解决哲学家进餐问题：
②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。

semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1}，count=4
do{think;wait(count);wait(chopstick[i]);wait(chopstick[(i+1) % 5];eat;signal(count);signal(chopstick[i]);signal(chopstick[(i+1) % 5]);
}while(TRUE);

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。

semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1}
void philosopher(int i){do{think();if( i%2!=0 ){//奇数哲学家，先左后右wait(chopstick[i]) ;wait(chopstick[(i+1) % 5]) ;eat();signal(chopstick[i]) ;signal(chopstick[(i+1) % 5]) ;}else {//偶数哲学家，先右后左。wait(chopstick[(i+1) % 5]) ;wait(chopstick[i]) ;eat();signal(chopstick[(i+1) % 5]) ;signal(chopstick[i]) ;}}while(TRUE);
}

经典的同步/互斥问题—哲学家进餐相关推荐

经典同步问题二——哲学家进餐问题
系列同步问题: 经典同步问题一--生产者和消费者问题 https://blog.csdn.net/weixin_36465540/article/details/105560002 经典同步问题二-- ...
秒杀多线程第七篇经典线程同步互斥量Mutex
阅读本篇之前推荐阅读以下姊妹篇: <秒杀多线程第四篇一个经典的多线程同步问题> <秒杀多线程第五篇经典线程同步关键段CS> <秒杀多线程第六篇经典线程同步事件Event& ...
(王道408考研操作系统)第二章进程管理-第三节10：经典同步问题之哲学家进餐问题
本文接: (王道408考研操作系统)第二章进程管理-第三节6:经典同步问题之生产者与消费者问题 ((王道408考研操作系统)第二章进程管理-第三节7:经典同步问题之多生产者与多消费者问题 (王道408 ...
经典线程同步互斥量Mutex的使用分析
互斥量(mutex)内核对象用来确保一个线程独占对一个资源的访问. 互斥量对象包含一个使用计数.线程ID以及一个递归计数. 互斥量与关键段的行为完全相同.但是,互斥量是内核对象,而关键段是用户模式下的 ...
秒杀多线程第九篇经典线程同步总结关键段事件互斥量信号量
前面<秒杀多线程第四篇一个经典的多线程同步问题>提出了一个经典的多线程同步互斥问题,这个问题包括了主线程与子线程的同步,子线程间的互斥,是一道非常经典的多线程同步互斥问题范例,后面分别用了 ...
秒杀多线程第六篇经典线程同步事件Event
阅读本篇之前推荐阅读以下姊妹篇: <秒杀多线程第四篇一个经典的多线程同步问题> <秒杀多线程第五篇经典线程同步关键段CS> 上一篇中使用关键段来解决经典的多线程同步互斥问题 ...
秒杀多线程第八篇经典线程同步信号量Semaphore
阅读本篇之前推荐阅读以下姊妹篇: <秒杀多线程第四篇一个经典的多线程同步问题> <秒杀多线程第五篇经典线程同步关键段CS> <秒杀多线程第六篇经典线程同步事件Event& ...
操作系统学习笔记（13）互斥与同步的经典问题－哲学家进餐问题
1 哲学家进餐问题: 2 (算法)信号量方法: 3 //Program diningphilosophers 4 var fork:array[5] of semaphor ...
操作系统 | OS 经典同步问题之生产者-消费者问题，哲学家进餐问题
小目录 1. 生产者-消费者问题 2. 哲学家进餐问题 3. 吸烟者问题 1. 生产者-消费者问题生产者消费者问题(英语:Producer-consumer problem),也称有限缓冲问题(英语 ...

经典的同步/互斥问题—哲学家进餐

经典的同步/互斥问题—哲学家进餐

经典的同步/互斥问题—哲学家进餐相关推荐

最新文章

热门文章