哲学家就餐问题

1. 使用PV信号量使就餐互斥方案的缺点

将就餐看成必须互斥访问的临界资源, 这样会造成资源(叉子)的浪费.五把叉子, 一次应该有两个不相邻的哲学家同时进餐.

2. 算法实现

数据结构

#define N 5 // 哲学家个数
#define LEFT i-1 // 第i个哲学家的左邻居
#define RIGHT (i+1)%N // 第i个哲学家的右邻居
#define THINKING 0 // 思考状态
#define HUNGRY 1 // 饥饿状态
#define EATING 2 // 进餐状态
int state[N]; // 记录每个人的状态 0 1 2

semaphore mutex = 1; // 保证操作state[N]是互斥的
semaphore s[N] = 0; // 一个哲学家吃饱之后, 需要唤醒邻居, 同步

主函数

void philosopher(int i)
{
    while (true)
    {
        think(); // 思考
        take_forks(i); // 尝试拿两把叉子
        eat(); // 进餐
        put_forks(i); // 放下两把叉子
    }
}

功能: 尝试获取两把叉子, 获取不到便阻塞

// i为哲学家编号
void take_forks(int i)
{
    // 其它哲学家判断邻居时, 会读取state[N], 所以应该对state[i]进行互斥保护
    P(mutex);
    // 我饿了!
    state[i] = HUNGRY;
    // 尝试拿两把叉子
    test_take_left_right_forks(i);
    V(mutex);
    // 若拿到叉子, 这里就不会被阻塞, 反之同理
    P(s[i]);
}

功能: 放下两把叉子, 并尝试唤醒邻居

void put_forks(int i)
{
    P(mutex);
    // 放下两把叉子
    state[i] = THINKING;
    // 左邻居是否可以进餐
    test_take_left_right_forks(LEFT);
    // 右邻居是否可以进餐
    test_take_left_right_forks(RIGHT);
    V(mutex);
}

拿叉子策略

void test_take_left_right_forks(int i)
{
    if (state[i] == HUNGRY && state[LEFT] != EATING && state[RIGHT] != EATING)
    {
        // 正在进食状态
        state[i] = EATING;
        // 通知自己进食
        V(s[i]);
    }
}