哲学家进餐问题
由 Dijkstra提出并解决的哲学家进餐问题(The Dinning Philosophers Problem)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,只有在他拿到两只筷子时才能进餐。进餐毕,放下筷子继续思考。
1. 利用记录型信号量解决哲学家进餐问题
经分析可知,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:semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1}
所有信号量均被初始化为1,第 i 位哲学家的活动可描述为:
do{
wait(chopstick[i]);
wait(chopstick[(i+1)%5]);
...
eating
...
signal(chopstick[i]);
signal(chopstick[(i+1)%5]);
...
thinking
...
}while(true);
在以上描述中,当某个哲学家饥饿时,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)%5]);
又成功后便可进餐。进餐毕,又先放下他左边的筷子,然后再放他右边的筷子。
虽然,上述解法可保证不会有两个相邻的哲学家同时进餐,但却有可能引起死锁。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。
对于这样的死锁问题,可采取以下几种解决方法:
-
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
-
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
-
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。
2. 利用AND信号量机制解决哲学家进餐问题
在哲学家进餐问题中,要求每个哲学家先获得两个临界资源(筷子)后方能进餐,这在本质上就是前面所介绍的AND同步问题,故用AND信号量机制可获得最简洁的解法。
semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1};
do{
Swait(chopstick[i],chopstick[(i+1)%5])
...
eating
...
Ssignal(chopstick[i],chopstick[(i+1)%5]);
...
thinking
...
}while(true);