Linux下经典五位哲学家吃面模型分析

一、问题介绍

哲学家进餐问题是典型的同步问题。该问题是描述有五个哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围的五张椅子上，在圆桌上有一碗面和五只筷子，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，只有在他拿到两只筷子时才能进餐。进餐完毕，放下筷子继续思考。如下图所示：

2、解决办法

多线程版思路：

选用互斥锁mutex，如创建5个， pthread_mutex_t m[5];

模型抽象：

5个哲学家 --> 5个线程； 5支筷子 --> 5把互斥锁 int left(左手)， right(右手)

5个哲学家使用相同的逻辑，可通用一个线程主函数，void *tfn(void *arg)，使用参数来表示线程编号：int thread_num = (int)arg;

哲学家线程根据编号知道自己是第几个哲学家，而后选定锁，锁住，吃饭。否则哲学家thinking。

A B C D E

5支筷子，在逻辑上形成环： 0 1 2 3 4 分别对应5个哲学家：（一般逻辑如下图所示）

所以有：

if (thread_num == 4)
   {
       left =thread_num;
       right = 0;
   }
   else
   { //分配好筷子，让左手拿左边的筷子，右手拿右边的筷子，这里的哲学家都是先抢左边的筷子，再抢右边的筷子的
       left = thread_num;
       right =thread_num+1;
   }

振荡：如果每个人都攥着自己左手的锁，尝试去拿右手锁，拿不到则将锁释放。过会儿五个人又同时再攥着左手锁尝试拿右手锁，依然拿不到。如此往复形成另外一种极端死锁的现象——振荡。

避免振荡现象：只需5个人中，任意一个人，拿锁的方向与其他人相逆即可(如：E，原来：左：4，右：0 现在：左：0，右：4)。

所以以上if else语句应改为：

if (thread_num == 4) //第五位哲学家和其他的哲学家不一样，他是先抢右边的筷子
   {
       left = 0;//把0（右边的筷子）赋值给左手变量，他就会先抢右边的筷子了
       right = thread_num;
   }
   else
   { //分配好筷子，让左手拿左边的筷子，右手拿右边的筷子，这里的哲学家都是先抢左边的筷子，再抢右边的筷子的
       left = thread_num;
       right =thread_num+1;
   }

而后，首先应让哲学家尝试加左手锁：

while {

pthread_mutex_lock(&m[left]); 如果加锁成功，函数返回再加右手锁，

如果失败，应立即释放左手锁，等待。

若，左右手都加锁成功 --> 吃 --> 吃完 --> 释放锁（应先释放右手、再释放左手，是加锁顺序的逆序）

}

主线程(main)中，初始化5把锁，销毁5把锁，创建5个线程（并将i传递给线程主函数），回收5个线程。

避免死锁的方法：

1. 当得不到所有所需资源时，放弃已经获得的资源，等待。

2. 保证资源的获取顺序，要求每个线程获取资源的顺序一致。如：A获取顺序1、2、3；B顺序应也是1、2、3。若B为3、2、1则易出现死锁现象。

线程版吃面源码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>pthread_mutex_t m[5];  //定义5把互斥锁void *tfn(void *arg)
{int thread_num, left, right;//thread_num：哲学家编号 left：左手   right：右手  srand(time(NULL));thread_num = (int)arg;//为五位哲学家分配筷子 (抽象五只筷子，形成一个闭环)if (thread_num == 4) //第五位哲学家和其他的哲学家不一样，他是先抢右边的筷子{left = 0;//把0（右边的筷子）赋值给左手变量，他就会先抢右边的筷子了right = thread_num;}  else{  //分配好筷子，让左手拿左边的筷子，右手拿右边的筷子，这里的哲学家都是先抢左边的筷子，再抢右边的筷子的left = thread_num;right =thread_num+1;}while (1){pthread_mutex_lock(&m[left]);//先抢左边的筷子if (pthread_mutex_trylock(&m[right]) == 0)//尝试去抢右边的筷子 {printf("\t%c is eating \n", 'A'+thread_num);//左右边筷子都拿到了，开始吃面，吃完后放下左右边筷子pthread_mutex_unlock(&m[right]);//放下右边筷子}pthread_mutex_unlock(&m[left]);//放下左边筷子sleep(rand() % 5);}return NULL;
}int main(void)
{int i;pthread_t tid[5];for (i = 0; i < 5; i++)pthread_mutex_init(&m[i], NULL);for (i = 0; i < 5; i++)pthread_create(&tid[i], NULL, tfn, (void *)i);for (i = 0; i < 5; i++)pthread_join(tid[i], NULL);for (i = 0; i < 5; i++)pthread_mutex_destroy(&m[i]);return 0;
}

运行结果：