哲学家进餐问题
6个哲学家进餐问题预防死锁
红河学院课程设计报告操作系统课程名称：6个哲学家进餐设计题目：院系：工学院专业：计算机科学与技术班级：11计科班曹永前设计者：学号：201101030466指导教师：韦相2013 年 5 月26 日1. 问题描述：一个房间内有6个哲学家，他们的生活就是思考和进食。
哲学家思考后，过一定的时间就会饥饿，饥饿之后就想吃饭，吃饭后再思考。
房间里有一张圆桌，桌子周围放有五把椅子，分别属于五位哲学家每两位哲学家之间有一把叉子，哲学家进食时必须同时使用左右两把叉子。
2. 问题分析1、写出哲学家进餐的算法描述。
用六只筷子解决需要用两双筷子来进餐的六个哲学家,由于每个哲学家都需要其周围的两只筷子,所以筷子是公用信号量,这久需要设置一个互斥信号量,来使六个哲学家互斥的进餐.具体做法将六个信号量设置为0-5,用pv 源于来控制信号量,并将六个哲学家分别编号为0-5.经过仔细分析我们会发现,有这样一个问题存在,就是当每个哲学家都申请到他周围的一只筷子时,由于他们每人都只有一只筷子无法进餐,没有进餐他们就无法释放他们已经得得到的筷子,这样是进餐出于一种僵局,无法继续下去,这就是死锁问题.2、死锁问题的分析与具体的解决方法。
死锁问题就是当每个哲学家都拿到且只拿到一只筷子,这样每个哲学家都无法进餐,也无法释放所得到的筷子,所以解决死锁我们就要从这入手,就是怎样去预防使所有哲学家不要同时去申请他们同一方向的筷子.根据这解决死锁的方法有以下几种:a.每一次最多只能有五个哲学家申请进餐.这样其中的一个哲学家就能申请到两只筷子,就能够进餐,再将筷子释放给其他哲学家进餐.b.用AND信号量,就是哲学家需同时申请其左右两边的筷子,两边都有资源的时候,才能让这个哲学家得到资源,这样哲学家只要申请到筷子就能进餐, 再将筷子释放给其他哲学家进餐.c.用管程机制来实现。
d.我们前面已经将每个哲学家都分配了一个编号,我们可以编号为奇数的哲学家首先去申请其左边的筷子,再去申请其右手边的筷子;让编号为偶数的哲学家,先去申请其右边的筷子,再去申请其左边的筷子.我们可以看出编号为奇数的哲学家左边,与编号为偶数的哲学家的右边为同一只筷子,当其中一个哲学家拿到此筷子后,他另一边的筷子也是空闲的,这样就能避免死锁.主程序中我使用的是最后一种避免死锁的方法.3、用C程序实现哲学家进餐。
哲学家就餐问题与银行家算法
问题解决
方法一
第一种解决死锁问题的办法就是同时只允许四位哲学家同时拿起同一 边的筷子，这样就能保证一定会有一位哲学家能够拿起两根筷子完成 进食并释放资源，供其他哲学家使用，从而实现永动，避免了死锁。 举个最简单的栗子，假定0~3号哲学家已经拿起了他左边的筷子，然后 当4号哲学家企图去拿他左边的筷子的时候，将该哲学家的线程锁住， 使其拿不到其左边的筷子，然后其左边的筷子就可以被3号哲学家拿到， 然后3号哲学家进餐，释放筷子，然后更多的哲学家拿到筷子并进餐。 如何才能实现当4号哲学家企图拿起其左边的筷子的时候将该哲学家 的线程阻塞？这个时候就要用到该问题的提出者迪杰斯特拉（这货还 提出了迪杰斯特拉最短路径算法，著名的银行家算法也是他发明的） 提出的信号量机制。因为同时只允许有四位哲学家同时拿起左筷子， 因此我们可以设置一个信号量r，使其初始值为4，然后每当一位哲学 家企图去拿起他左边的筷子的时候，先对信号量做一次P操作，从而当 第五位哲学家企图去拿做筷子的时候，对r做一次P操作，r = -1，由r < 0得第五位哲学家的线程被阻塞，从而不能拿起左筷子，因此也就避免 了死锁问题。然后当哲学家放下他左边的筷子的时候，就对r做一次V 操作。
死锁，但是处于不安全状态
哲学家进餐问题的趣味例子
哲学家进餐问题的趣味例子
哲学家进餐问题是一个经典的计算机科学问题，用来展示并发编程中可能出现
的资源竞争和死锁问题。
这个问题的描述是：五位哲学家围坐在一张圆桌前，每位哲学家面前有一碗意面，但他们之间共享一把只能被一个人同时使用的餐叉。
每位哲学家需要先拿起右手边的餐叉，再拿起左手边的餐叉才能吃饭，吃完后放下餐叉继续思考问题。
如果哲学家之间同时试图拿起自己左右手边的餐叉，就会导致死锁问题，无法继续进餐。
这个问题的趣味例子在于通过这种抽象的场景，展现了并发编程中常见的竞争
和死锁问题。
实际上，哲学家进餐问题也可以被看作是对资源管理和同步机制的一种考验。
如果每位哲学家都按照固定的顺序拿餐叉，就不会发生死锁；而如果哲学家们都随机地尝试拿餐叉，就可能会出现资源竞争的问题，导致无法进餐。
这个问题的趣味之处在于，通过一个简单的场景，展示了复杂的并发编程中可
能出现的问题，让人们更加深入地理解并发编程中的挑战和技巧。
通过哲学家进餐问题的讨论，人们可以思考如何设计合理的同步机制和资源管理策略，避免竞争和死锁问题的发生，提高程序的并发性能和稳定性。
总的来说，哲学家进餐问题是一个充满趣味和启发的例子，能够帮助人们更好
地理解并发编程中的难点，同时也能够激发人们对于解决问题的创造力和思考能力。
通过这个例子的讨论，人们可以不仅仅学到技术知识，更能够培养出解决问题的能力和思维方式，为未来的学习和工作打下坚实的基础。
愿每位哲学家都能够顺利进餐，思考问题，探索未知的世界。
哲学家进餐问题
哲学家进餐问题1.问题描述：哲学家进餐问题描述有五个哲学家，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐，哲学家们共用一张圆桌，分别坐在周围的五张椅子上，在圆桌上有五个碗和五支筷子，平时哲学家进行思考，饥饿时便试图取其左、右最靠近他的筷子，只有在他拿到两支筷子时才能进餐，该哲学家进餐完毕后，放下左右两只筷子又继续思考。
约束条件(1)只有拿到两只筷子时，哲学家才能吃饭。
(2)如果筷子已被别人拿走，则必须等别人吃完之后才能拿到筷子。
(3)任一哲学家在自己未拿到两只筷子吃完饭前，不会放下手中已经拿到的筷子。
2.求解方法(1).信号量的设置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访问，可以用一个信号量表示筷子，由这五个信号量构成信号量数组。
semaphore chopstick[5] = {1,1,1,1,1};while(true){/*当哲学家饥饿时，总是先拿左边的筷子，再拿右边的筷子*/wait(chopstick[i]);wait(chopstick[(i+1)%5]);// 吃饭/*当哲学家进餐完成后，总是先放下左边的筷子，再放下右边的筷子*/signal(chopstick[i]);signal(chopstick[(i+1)%5]);}上述的代码可以保证不会有两个相邻的哲学家同时进餐，但却可能引起死锁的情况。
假如五位哲学家同时饥饿而都拿起的左边的筷子，就会使五个信号量chopstick都为0，当他们试图去拿右手边的筷子时，都将无筷子而陷入无限期的等待。
(2)避免死锁策略一原理：至多只允许四个哲学家同时进餐，以保证至少有一个哲学家能够进餐，最终总会释放出他所使用过的两支筷子，从而可使更多的哲学家进餐。
定义信号量count，只允许4个哲学家同时进餐，这样就能保证至少有一个哲学家可以就餐。
semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1};semaphore count=4; // 设置一个count，最多有四个哲学家可以进来void philosopher(int i){while(true){think();wait(count); //请求进入房间进餐 当count为0时 不能允许哲学家再进来了wait(chopstick[i]); //请求左手边的筷子wait(chopstick[(i+1)%5]); //请求右手边的筷子eat();signal(chopstick[i]); //释放左手边的筷子signal(chopstick[(i+1)%5]); //释放右手边的筷子signal(count); //退出房间释放信号量}}策略二原理：仅当哲学家的左右两支筷子都可用时，才允许他拿起筷子进餐。
哲学家进餐问题-3中解决方案
哲学家进餐问题-3中解决⽅案问题描述⼀张圆桌上坐着5名哲学家，每两个哲学家之间的桌上摆⼀根筷⼦，桌⼦的中间是⼀碗⽶饭，如图2-10所⽰。
哲学家们倾注毕⽣精⼒⽤于思考和进餐，哲学家在思考时，并不影响他⼈。
只有当哲学家饥饿的时候，才试图拿起左、右两根筷⼦（⼀根⼀根地拿起）。
如果筷⼦已在他⼈⼿上，则需等待。
饥饿的哲学家只有同时拿到了两根筷⼦才可以开始进餐，当进餐完毕后，放下筷⼦继续思考。
问题分析1) 关系分析。
5名哲学家与左右邻居对其中间筷⼦的访问是互斥关系。
2) 整理思路。
显然这⾥有五个进程。
本题的关键是如何让⼀个哲学家拿到左右两个筷⼦⽽不造成死锁或者饥饿现象。
那么解决⽅法有两个，⼀个是让他们同时拿两个筷⼦；⼆是对每个哲学家的动作制定规则，避免饥饿或者死锁现象的发⽣。
⼀共５个哲学家，编号0 ~4, ５⽀筷⼦编号也是0 ~4, 0号哲学家右⼿的筷⼦编号是0号,逆时针增加,哲学家的编号也是逆时针增加所以:0号哲学家对应的是: 4号和1号筷⼦.1号哲学家对应的是: 0号和2号筷⼦.2号哲学家对应的是: 1号和3号筷⼦.3号哲学家对应的是: 2号和4号筷⼦.4号哲学家对应的是: 3号和0号筷⼦.所以有宏定义:#define left(phi_id) (phi_id+N-1)%N#define right(phi_id) (phi_id+1)%NN = 55⽀筷⼦对应５个互斥锁,所以:pthread_mutex_t forks[N]={PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER};哲学家线程需要执⾏的动作是：void take_forks(int id){//获取左右两边的筷⼦printf("Pil[%d], left[%d], right[%d]\n", id, left(id), right(id));pthread_mutex_lock(&forks[left(id)]);pthread_mutex_lock(&forks[right(id)]);//printf("philosopher[%d] take_forks...\n", id);}void put_down_forks(int id){printf("philosopher[%d] is put_down_forks...\n", id);pthread_mutex_unlock(&forks[left(id)]);pthread_mutex_unlock(&forks[right(id)]);}void* philosopher_work(void *arg){int id = *(int*)arg;printf("philosopher init [%d] \n", id);while(1){thinking(id);take_forks(id);eating(id);put_down_forks(id);}}该算法存在以下问题：当五个哲学家都想要进餐，分别拿起他们左边筷⼦的时候（都恰好执⾏完pthread_mutex_unlock(&forks[left(id)]);）筷⼦已经被拿光了，等到他们再想拿右边的筷⼦的时候（执⾏pthread_mutex_unlock(&forks[right(id)]);)就全被阻塞了，这就出现了死锁。
哲学家就餐问题解决死锁的三种思路
哲学家就餐问题是计算机科学中一个经典的同步问题，它描述了五位哲学家围坐在圆桌前就餐，每位哲学家必须先拿起右边的餐具再拿起左边的餐具，但每次只能有一位哲学家拿起餐具就餐。
这个问题的关键在于如何避免死锁，即所有哲学家都拿起了右边的餐具，然后等待拿左边餐具的哲学家放下右边的餐具。
为了解决这个问题，计算机科学家提出了三种思路。
第一种思路是引入一个“服务生”，服务生负责给哲学家提供餐具，每次只允许一个哲学家向服务生请求餐具，这样就可以避免死锁。
然而，这种方法可能会引入新的竞争条件，服务生可能会成为新的瓶颈，从而降低系统的效率。
第二种思路是引入资源分级，为了避免死锁，可以给每个哲学家的餐具加上编号，要求哲学家先拿编号较小的餐具，再拿编号较大的餐具。
这样就可以避免死锁，但是可能会增加系统的复杂性，需要管理更多的资源状态。
第三种思路是破坏死锁的四个必要条件之一。
死锁发生的四个必要条件分别是互斥、请求并持有、不可剥夺和循环等待。
为了避免死锁，可以破坏其中一个或多个条件。
可以引入超时机制，当哲学家拿到一个餐具后，一定时间内没有获得另一个餐具，就放下手中的餐具，避免形成循环等待。
这种方法可以在不增加系统复杂性的情况下有效地解决死锁问题。
在我看来，这三种思路各有优缺点，要根据具体的场景和需求选择合适的方法。
不同的问题可能需要采用不同的思路来解决，需要权衡各种因素来做出最佳的决策。
哲学家就餐问题是一个充满哲学思考的经典问题，它不仅考察了计算机科学中的同步与互斥问题，更可以引发我们对于资源分配、竞争条件和系统设计的深入思考。
通过对哲学家就餐问题的深入理解，我们可以更加灵活地运用不同的思路解决实际中的问题，让我们的系统更加健壮和高效。
结语：通过对哲学家就餐问题的深入探讨，我们可以发现在计算机科学中，解决死锁问题有很多种思路，每种思路都有其独特的优缺点。
只有充分理解这些思路并根据具体情况做出权衡，才能更好地解决实际中遇到的死锁问题。
哲学家就餐问题
哲学家就餐问题实验⼀⼀、实验名称：哲学家就餐问题的实现⼆、实验学时：2三、实验内容和⽬的：实验⽬的：实现哲学家就餐问题，要求不能出现死锁。
通过本实验熟悉Linux系统的基本环境，了解Linux下进程和线程的实现。
实验内容：在Unix系统下实现教材2.4.2节中所描述的哲学家就餐问题。
要求显⽰出每个哲学家的⼯作状态，如吃饭，思考。
连续运⾏30次以上都未出现死锁现象。
四、实验原理：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。
进餐完毕，放下筷⼦继续思考。
五、实验器材（设备、元器件）（1）学⽣每⼈⼀台PC，安装WindowsXP/2000操作系统。
（2）局域⽹络环境。
（3）个⼈PC安装VMware虚拟机和Ubuntu系统。
六、实验内容：（⼀）熟悉Ubuntu系统下的多线程编程。
（⼆）实现哲学家就餐问题1. 算法思想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。
即五位哲学家都⽣竞争奇数号筷⼦，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. 流程图3. 程序代码（重要代码请注释）#include#include#include#include#include#define NOC 5 //number of chopstic#define NOP 5 //number of philosopher sem_t chopstic[NOC]; //semaphoreint flag[5]; //philosopher's statusvoid *eat(int i){int position;int temp = 0;int j = (i+1)%NOC;position = i%2;while(1){if(position == 0){ //odd take left first sem_wait(&chopstic[i]);sem_wait(&chopstic[j]);printf("philosopher%d get %d\n", i, j);flag[i] = 1; //philosopher is eatingprintf("waitting:"); //print others' statuswhile(temp < 5){if(!flag[temp])printf("philosopher%d\t", temp);temp++;}temp = 0;printf("\n");printf("eating:");// print others' statuswhile(temp < 5){if(flag[temp])printf("philosopher%d\t", temp);temp++;}printf("\n\n");temp = 0;//printf("\nphilosopher%d is eating\n\n", i); sleep(2);flag[i] = 0;printf("philosopher%d put %d\n", i, i); sem_post(&chopstic[i]); printf("philosopher%d put %d\n", i, j); sem_post(&chopstic[j]); }else{ //even take right firstsem_wait(&chopstic[j]);printf("philosopher%d get %d\n", i, j);sem_wait(&chopstic[i]);printf("philosopher%d get %d\n", i, i);flag[i] = 1;printf("waitting:");while(temp < 5){if(!flag[temp])printf("philosopher%d\t", temp);}temp = 0;printf("\n");printf("eating:");while(temp < 5){if(flag[temp])printf("philosopher%d\t", temp);temp++;printf("\n\n");temp = 0;//printf("\nphilosopher%d is eating\n\n", i);sleep(2);flag[i] = 0;printf("philosopher%d put %d\n", i, j);sem_post(&chopstic[j]);printf("philosopher%d put %d\n", i, i);sem_post(&chopstic[i]);}}}int main(void){int i = 0;int error;pthread_t philosopher[NOP];//init semwhile(i < 5){flag[i] = 0;sem_init(&chopstic[i], 0, 1);i++;}i = 0;//create threadwhile(i < 5){error = pthread_create(&philosopher[i], NULL, (void *)eat, (void *)i);printf("error:create thread failed!!\n");exit(0);}i++;}//destroy threadwhile(i < 5){pthread_join(philosopher[i], NULL);i++;}i = 0;//destroy semwhile(i < 5){sem_destroy(&chopstic[i]);i++;}return 0;}七、实验及结果分析：运⾏结果：udbwxfso@ubuntu:~/Desktop/sy2$ gcc gphilosopher.c -pthread udbwxfso@ubuntu:~/Desktop/sy2$ ./a.out philosopher4 get 4philosopher4 get 0waitting:philosopher0 philosopher1 philosopher2 philosopher3 eating:philosopher4philosopher2 get 2philosopher2 get 3waitting:philosopher0 philosopher1 philosopher3eating:philosopher2 philosopher4philosopher4 put 4philosopher4 put 0philosopher4 get 4philosopher4 get 0waitting:philosopher0 philosopher1 philosopher3eating:philosopher2 philosopher4philosopher2 put 3philosopher2 get 2philosopher2 get 3waitting:philosopher0 philosopher1 philosopher3eating:philosopher2 philosopher4philosopher4 put 4philosopher3 get 4philosopher4 put 0philosopher0 get 0philosopher0 get 1waitting:philosopher1 philosopher3 philosopher4eating:philosopher0 philosopher2philosopher2 put 2philosopher2 put 3philosopher2 get 2philosopher2 get 3waitting:philosopher1 philosopher3 philosopher4eating:philosopher0 philosopher2philosopher2 put 2philosopher2 put 3philosopher2 get 2philosopher2 get 3waitting:philosopher1 philosopher3 philosopher4eating:philosopher0 philosopher2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，⽤⼀个信号量表⽰⼀只筷⼦，由这五个信号量组成信号量数组。
哲学家进餐问题
哲学家进餐问题————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：哲学家进餐问题2007/05/16 12:36 P.M./********************philosophers.cpp哲学家进餐问题在多线程中如何避免死锁。
问题描述：有五位哲学家围绕着餐桌坐，每一位哲学家要么思考要么等待，要么吃饭。
为了吃饭，哲学家必须拿起两双筷子（分别放于左右两端）不幸的是，筷子的数量和哲学家相等，所以每只筷子必须由两位哲学家共享下面是一种有问题的解法，因为在某个时刻，五个哲学家同时拿起五根左手边的筷子，则它们会在同一时候对待右手边的筷子，这样会陷入死锁，但是我测试了，这样的几率并不高经过几个小时，还没有出现。
但是我们可以肯定，理论上是肯定会出现死锁的，我们不能老是靠运气办事，怎么解决这个问题呢留给下一步的学习吧要编译此文件请用多线程版的c++库********************/#include <windows.h>#include <iostream>#include <process.h>#include <cstdlib>#include <ctime>using namespace std;unsigned int __stdcall philosopher(void *);void thinking(int);void eating(int);void wait_to_eat(int);void outline(int ,const char *);//全局变量CRITICAL_SECTION crout;//这个变量用来保证输出时不会竞争CRITICAL_SECTION fork[5];//定义五个临界变量，代表五更筷子int main(int argc,char *argv[]){void * hthread[5];int i;unsigned int threadid[5];int arg[5];int count = 5;unsigned long retval;InitializeCriticalSection(&crout);//初始化临界变量for(i=0;i<5;i++){InitializeCriticalSection(fork + i);}//创建五个哲学家for(i = 0; i<5;i++){arg[i] = i;hthread[i] = (void *)_beginthreadex(NULL,0,philosopher,(void *)(arg + i),0,threadid+i);if((int)hthread[i] == -1)//如果线程创建失败返回-1{cerr << "error while create thread " << i <<endl;cerr << "error code : "<< GetLastError() <<endl;}}//等待所有线程结束retval = WaitForMultipleObjects(5,hthread,true,INFINITE);//等待多个线程if(retval == WAIT_FAILED){cerr<< "wait error,error code: "<<GetLastError()<<endl;}for(i = 0; i<5;i++){if(CloseHandle(hthread[i]) == false)//关闭句柄{cerr << "error while close thread " <<i<<endl;cerr << "error code: "<<GetLastError()<<endl;}}return 0;}/*******************哲学家的行为吃饭，等待，思考*******************/unsigned int __stdcall philosopher(void *k){int n = ((int *)k)[0];outline(n," is in!");srand(time(NULL));while(true){thinking(n);wait_to_eat(n);eating(n);}outline(n," is out!");return n;}/*************思考随机一段时间*************/void thinking(int k){outline(k," is thinking...");Sleep((rand()%1000) *5);}/*************吃饭随机一段时间*************/void eating(int k){outline(k," is eating...");Sleep((rand()%1000) *5);LeaveCriticalSection(fork + (k+1)%5);//放下右边的筷子//outline(k," give left");LeaveCriticalSection(fork + k);//放下左边的筷子//outline(k," give right");}/***************等待吃饭需要同时获得他两边的筷子***************/void wait_to_eat(int k){outline(k," is waiting...");EnterCriticalSection(fork + k);//获得左边的筷子//outline(k," take left");EnterCriticalSection(fork + (k + 1)%5);//获得右边的筷子//outline(k," take right");}/********************//没有竞争条件的输出函数********************/void outline(int who,const char *str){EnterCriticalSection(&crout);cout<<"process "<<who<<str<<endl;LeaveCriticalSection(&crout);}/********************philosophers.cpp哲学家进餐问题在多线程中如何避免死锁。
4.10经典进程互斥同步问题：哲学家进餐问题
4.10经典进程互斥同步问题：哲学家进餐问题（the dining philosophers problem）问题描述：（由Dijkstra首先提出并解决）5个哲学家围绕一张圆桌而坐，桌子上放着5支筷子，每两个哲学家之间放一支，哲学家的动作包括思考和进餐，进餐时需要同时拿起他左边和右边的两支筷子，思考时则同时将两支筷子放回原处。
要考虑的问题是如何保证哲学家们的动作有序进行？如：不出现相邻者同时要求进餐；不出现有人永远拿不到筷子。
在这里，哲学家的生活规律是：Repeat思考；取fork[i];取fork[(i+1) mod 5]；进食；放fork[i];放fork[(i+1) mod 5]；Until false;实现方法：一个信号量表示一根筷子，五个信号量构成信号量数组chop[5]，所有信号量初始值为1。
第i个哲学家的进餐过程为：思考问题P(chop[i]);P(chop(i+1) mod 5]);进餐V(chop[i]);V(chop[(i+1) mod 5]);该算法可保证两个相邻的哲学家不能同时进餐，但不能防止五位哲学家同时拿起各自左边的筷子、又试图拿起右边的筷子，这会引起死锁。
这里给出可以防止死锁发生的一种解决方案：Semaphore fork[5] = {1};Semaphore room = 4;Void philospher (int i) {while (true) {thinking();P( room );P(fork[i]);P(fork[(i+1) mod 5])eating();V(fork[i]);V(fork[(i+1) mod 5])V(room); }。
哲学家就餐问题的算法实现
哲学家就餐问题的算法实现在哲学家就餐问题中，假定有五位哲学家围坐在一张圆桌旁，每位哲学家面前都放着一碗意面和一把叉子。
这五位哲学家中的每位都有两种活动，一种是思考，一种是就餐。
但是，这五位哲学家只有五支叉子共用，也就是说，每个哲学家只能在自己左右两边分别拿起一把叉子。
若这五位哲学家中有若干人同时拿着左手边的叉子，或者同时拿着右手边的叉子，那么他们都无法就餐。
这时，就需要找到一种算法来解决这个问题。
解法一：Chandy/Misra解法Chandy/Misra解法是一种分布式算法，它的思路是使得每一位哲学家都向右边的人要叉子。
一旦它们都拿到了右边的叉子，就会开始就餐，然后把左右两个叉子都放回去。
这种算法的优点是它具有分布式系统的特点，不会造成资源竞争，而且在算法处理结束后，所有人都不会处于饥饿状态。
但是，这种算法实现的难度比较大，因为需要每个哲学家都向右边的人要叉子，而且需要考虑异常情况。
解法二：Dijkstra解法Dijkstra解法也被称为银行家算法，它的思路是让每一位哲学家先拿一支叉子，只有拿到两支叉子后，才可以开始就餐。
一旦就餐结束，哲学家就将叉子放回去。
这种算法的优点是它比较简单，易于实现。
但是，如果有一位哲学家先拿了一支叉子并且不再释放，那么其他哲学家就会陷入死锁状态。
解法三：Semaphore解法Semaphore解法是以信号量为基础的算法，它的思路是对每支叉子定义一个信号量，并使用信号量来控制哲学家与叉子之间的关系。
一旦一个哲学家想要就餐，就需要请求两个叉子的信号量，如果请求不到，则会被阻塞。
这种算法的优点是它具有可扩展性，而且可以支持多个进程同时使用资源。
但是，它比较复杂，可能会导致死锁。
结论在实际开发中，我们可以根据自己的需求选择合适的算法来解决哲学家就餐问题。
如果要求系统具有分布式系统的特点，可以使用Chandy/Misra解法；如果要求简单易行和易于实现，可以使用Dijkstra解法；如果要求可扩展性和支持多进程，可以选择Semaphore解法。
哲学家进餐问题(操作系统)
哲学家进餐问题(操作系统)哲学家进餐问题(操作系统)1.简介1.1 背景介绍哲学家进餐问题是计算机科学中一个经典的并发问题，最早由Edsger Dijkstra在1965年提出。
1.2 问题描述问题的场景是五位哲学家围坐在一张圆桌前，每个哲学家面前有一碗饭和一根筷子。
哲学家需要交替地思考和进餐，但是他们只能使用左右两边的筷子来进餐。
1.3 目标设计一个算法来保证哲学家们能够交替地进餐，同时避免死锁和饥饿现象的发生。
2.解决方案2.1 简单解法一个简单的解法是给每个哲学家编号，规定奇数号哲学家先拿左边的筷子，偶数号哲学家先拿右边的筷子。
当一个哲学家需要拿筷子时，他会先检查他的两边是否有其他哲学家正在使用，如果没有，他就可以拿起两边的筷子进餐。
否则，他需要等待直到两边的筷子都可用。
2.2 改进解法上述简单解法可能会导致死锁问题。
为了避免死锁，我们可以引入资源分级的概念。
每个筷子被分为两个等级，分别是主要资源和次要资源。
哲学家需要按照顺序来获取资源，例如，先获取主要资源，然后获取次要资源。
3.算法实现3.1 数据结构我们可以使用一个数组来表示圆桌上的五个筷子，同时使用一个锁数组来表示每个筷子的状态（是否被占用）。
3.2 算法流程在哲学家进餐问题中，每个哲学家都需要经历思考和进餐两个过程，我们可以使用线程来模拟这两个过程。
4.算法分析4.1 死锁问题通过引入资源分级的概念，我们成功避免了死锁问题的发生。
每个哲学家按照顺序获取资源，不会出现他们都在等待同一个资源的情况。
4.2 饥饿问题在我们的算法中，每个哲学家都会交替地进餐和思考，因此不会出现饥饿问题。
5.附件本文档暂无附件。
6.法律名词及注释6.1 死锁死锁是指在并发系统中，两个或多个进程或线程无限期地互相等待对方所占有的资源的情形。
6.2 饥饿饥饿是指某个进程或线程因无法获得所需的资源而无法继续执行的情况。
哲学家进餐问题
一、需求分析有一个故事是这样的：假设有五位哲学家围坐在一张圆形餐桌旁，做以下两件事情之一：吃饭，或者思考。
吃东西的时候，他们就停止思考，思考的时候也停止吃东西。
餐桌中间有一大碗意大利面，每两个哲学家之间有一只餐叉。
因为用一只餐叉很难吃到意大利面，所以假设哲学家必须用两只餐叉吃东西。
他们只能使用自己左右手边的那两只餐叉。
上边的故事里有五个哲学家(不过我们写的程序可以有N个哲学家)，这些哲学家们只思考或吃饭，他们思考的时候不需要任何共享资源，但是吃饭的时候就必须使用餐具，而餐桌上的餐具是有限的，故事里，餐具是叉子，吃饭的时候要用两把叉子把面条从碗里捞出来。
很显然把叉子换成筷子会更合理，因为一个哲学家需要两根筷子才能吃饭。
现在引入问题：有六个哲学家很穷，只买得起六根筷子。
他们坐成一圈，两个人的中间放一根筷子。
哲学家吃饭的时候必须同时得到左手边和右手边的筷子。
如果他身边的任何一位正在使用筷子，那他只有等着。
如下图：AA 4 A1、2、3、4、5、6为哲学家A为一根筷子以上就为我们要处理的哲学家就餐问题，接下来将编写程序模拟解决这个问题。
二、系统概要设计2.1设计一个程序，能够显示当前各哲学家的状态和桌上餐具的使用情况，并能无死锁的推算出一状态各哲学家的状态和桌上餐具的使用情况。
即设计一个能安排哲学家正常生活的程序。
为哲学家设计3种状态，即“等待”“进餐”“思考”。
每个哲学家重复进行“等待”->“进餐”->“思考”的行动循环。
其中：“等待”->“进餐”：只有一个哲学家处于等待进餐状态，且左右手两边的餐具都处于“空闲”状态时，可以发生这种状态改变。
此状态改变发生后，哲学家拿起左右手两边的餐具。
“进餐”->“思考”：此状态改变发生后，哲学家放下左右手上的餐具。
餐具状态由“使用中”转变为“空闲”。
“思考”->“等待”：哲学家思考结束后，无条件转入等待状态。
由上所述，程序中应设置6个元素的信号量数组用来保持哲学家之间的同步。
哲学家进餐问题
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哲学家进餐问题的应用
操作系统线程同步 生活中人行马路同步
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解决问题的办法
A．原理：至多只允许四个哲学家同时进餐,以保 证至少有一个哲学家能够进餐,最终总会释放出他 所使用过的两支筷子,从而可使更多的哲学家进餐。 以下将room 作为信号量，只允许4 个哲学家同时 进入餐厅就餐，这样就能保证至少有一个哲学家 可以就餐，而申请进入餐厅的哲学家进入room 的 等待队列，根据FIFO 的原则，总会进入到餐厅就 餐，因此不会出现饿死和死锁的现象。
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以上两个问题反映的是程序并发执行时进 程同步的两个关键问题：饥饿和死锁。为 了提高系统的处理能力和机器的利用率， 并发程序被广泛地使用，因此，必须彻底 解决并发程序执行中的死锁和饥饿问题。
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于是，哲学家问题推广为更一般性的n个进 程和m个共享资源的问题，并在研究过程中 给出了解决这类的问题的不少方法和工具， 如Pertri网、并发程序设计语言等。
如何协调5位置学家的生活进程，使得每位 哲学家最终都可以进餐？
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考虑下面的两种情况。
（1）哲学家的生活进程，当所有的哲学家都同时 拿起左手筷子时，则所有哲学家都将拿不到右手 筷子，并处于等待状态，那么，哲学家都将无法 进餐，最终饿死。
（2）将哲学家的生活进程修改为当拿不到右手筷 子时，就放下左手筷子。但是，可能在一个瞬间， 所有的哲学家都同时拿起左手筷子，则自然拿不 到右手筷子，于是同时放下左手筷子，等一会， 又同时拿起左手筷子，如此重复下去，则所有的 哲学家都将无法进餐。
哲学家进餐
哲学家供餐问题是计算机科学家递杰斯 特拉提出的，问题是这样描述的：人的面 前有一碗面条，碗的两旁各有一只筷子.假 设哲学家的生活除了吃饭就是思考问题， 吃饭的时候需要左手拿一只筷子，右手拿 一只筷子，然后开始进餐。吃完后将两只 筷子放回原处，继续思考问题。
哲学家就餐问题解释
哲学家就餐问题是在计算机科学中的一个经典问题，用来演示在并行计算中多线程同步(Synchronization)时产生的问题。
在1971年，著名的计算机科学家艾兹格·迪科斯彻提出了一个同步问题，即假设有五台计算机都试图访问五份共享的磁带驱动器。
稍后，这个问题被托尼·霍尔重新表述为哲学家就餐问题。
这个问题可以用来解释死锁和资源耗尽。
哲学家就餐问题可以这样表述，假设有五位哲学家围坐在一张圆形餐桌旁，做以下两件事情之一：吃饭，或者思考。
吃东西的时候，他们就停止思考，思考的时候也停止吃东西。
餐桌中间有一大碗意大利面，每两个哲学家之间有一只餐叉。
因为用一只餐叉很难吃到意大利面，所以假设哲学家必须用两只餐叉吃东西。
他们只能使用自己左右手边的那两只餐叉。
哲学家就餐问题有时也用米饭和筷子而不是意大利面和餐叉来描述，因为很明显，吃米饭必须用两根筷子。
哲学家从来不交谈，这就很危险，可能产生死锁，每个哲学家都拿着左手的餐叉，永远都在等右边的餐叉（或者相反）。
即使没有死锁，也有可能发生资源耗尽。
例如，假设规定当哲学家等待另一只餐叉超过五分钟后就放下自己手里的那一只餐叉，并且再等五分钟后进行下一次尝试。
这个策略消除了死锁（系统总会进入到下一个状态），但仍然有可能发生“活锁”。
如果五位哲学家在完全相同的时刻进入餐厅，并同时拿起左边的餐叉，那么这些哲学家就会等待五分钟，同时放下手中的餐叉，再等五分钟，又同时拿起这些餐叉。
在实际的计算机问题中，缺乏餐叉可以类比为缺乏共享资源。
一种常用的计算机技术是资源加锁，用来保证在某个时刻，资源只能被一个程序或一段代码访问。
当一个程序想要使用的资源已经被另一个程序锁定，它就等待资源解锁。
当多个程序涉及到加锁的资源时，在某些情况下就有可能发生死锁。
例如，某个程序需要访问两个文件，当两个这样的程序各锁了一个文件，那它们都在等待对方解锁另一个文件，而这永远不会发生。
[编辑]服务生解法一个简单的解法是引入一个餐厅服务生，哲学家必须经过他的允许才能拿起餐叉。
哲学家算法
哲学家算法
摘要：
1.算法概念引入
2.哲学家就餐问题的提出
3.哲学家就餐问题的解决方法
4.哲学家算法的实现与优化
5.哲学家算法在现实生活中的应用与启示
正文：
哲学家算法是一种经典的并发控制算法，它的灵感来源于哲学家就餐问题。
在这个问题中，有五位哲学家围坐在一张圆桌旁，每人面前放有一只盛满食物的碗和一只空碗。
他们需要用双手交替地从两只碗中取食物，并将其喂进口中。
问题的关键在于，五位哲学家需要在不发生碰撞的情况下完成进餐。
为了解决这个问题，1971 年，美国计算机科学家艾兹赫尔·戴克斯特拉（Edsger W.Dijkstra）提出了哲学家就餐问题的解决方法，即哲学家算法。
该算法的基本思想是，让哲学家们按照固定的顺序轮流拿取两只碗中的食物，从而避免碰撞的发生。
哲学家算法的具体实现与优化包括以下几个步骤：
1.初始化：为每位哲学家分配一个唯一的编号，并将编号按照固定的顺序存入一个队列中。
2.循环：在循环中，每次从队列中取出一个哲学家，让他尝试拿取两只碗中的食物。
如果成功，则将该哲学家放回队列尾部；如果失败，则重新进行尝
试。
3.终止：当所有哲学家都成功完成进餐时，算法终止。
哲学家算法在现实生活中的应用与启示非常广泛。
例如，在分布式系统中，哲学家算法可以用来解决多个进程或线程之间的同步问题；在交通管理中，哲学家算法可以用来解决红绿灯控制问题，从而提高道路通行效率。
总之，哲学家算法是一种经典的并发控制算法，它既可以帮助我们解决实际问题，也为我们提供了许多启示。
哲学家进餐问题(操作系统)
哲学家进餐问题(操作系统)哲学家进餐问题(操作系统)介绍：哲学家进餐问题是一个经典的并发算法问题，旨在解决多个哲学家在共享资源（餐叉）上发生死锁的可能性。
这个问题可以帮助我们理解操作系统中的并发问题和资源分配策略。
1、问题描述问题中有N个哲学家坐在一个圆桌周围，每个哲学家面前有一盘食物和一支餐叉。
哲学家的生活可以分为思考和进餐两个状态。
当哲学家进餐时，他需要同时拿起他左右两边的餐叉，进食完毕后再放下餐叉进行思考。
2、算法设计为了解决哲学家进餐问题中的死锁问题，可以采用以下算法设计：2.1、餐叉限制为了避免死锁问题，可以引入餐叉限制策略。
每个哲学家一开始只能拿起右手边的餐叉，在用餐完毕后再放下餐叉，然后才能拿起左手边的餐叉。
这样，如果每个哲学家都只拿起右手边的餐叉，不会出现餐叉死锁的情况。
2.2、同时判断两个餐叉是否可用为了避免哲学家同时拿起两个餐叉造成资源竞争问题，可以引入一个全局锁，每次只有一个哲学家可以同时判断两个餐叉是否可用并取走。
3、代码实现以下是解决哲学家进餐问题的伪代码实现：```initialize();while (true) {think(); // 哲学家思考pickup_forks(); // 拿起餐叉eat(); // 哲学家进食putdown_forks(); // 放下餐叉}```4、系统流程图以下是哲学家进餐问题的系统流程图：(此处添加哲学家进餐问题的系统流程图)5、相关附件本文档未附带相关附件，请根据实际需求添加。
6、法律名词及注释本文档没有涉及法律名词及注释。
经典同步问题(哲学家进餐等)
模型分析
• （1）生产者进行生产将物品放入仓库，同一时 间只能有一个生产者将物品放入仓库，若仓库满， 生产者将等待； • （2）消费者从仓库中取出物品，同一时间只能 有一个消费者取出物品，若仓库空，消费者等待； • （3）生产者将物品放入仓库时消费者不能同时 取； • （4）消费者取物品时生产者不能放入物品。
三个进程工作过程如下图所示：
解题步骤
• （2）确定互斥信号量的个数、含义 • （3）用P、V操作描述关系
问题提出
有5个哲学家他们围坐在一张圆桌旁，每 人面前有一菜盘，各菜盘之间有一根筷子。 每个哲学家或思考问题或就餐，当思考 问题时放下筷子，饥饿的时候就吃菜。 想要夹菜时必须获得两根筷子，且每人 只能从自己的左边和右边去取筷子，只有 在他拿到两只筷子时才能进餐。就餐后放 下筷子以供别人使用，自己继续思考问题。
哲学家5号
5
无论4号5号谁 得到4号筷子,都 有一个可以进餐
2 哲学家3号
4
而5号没有人 与他竞争,得 若4号在与3号的竞 到左边的筷 争中没有得到筷子, 子 则5号得到4号筷子, 进餐
若4号在与3号 的竞争中得到 哲学家4号 筷子,则与5号 竞争4号筷子.
问题提出
某数据库有一个写进程、多个读进程， 它们之间读、写操作的互斥要求是：写进 程运行时，其他读、写进程不能对数据库 进行操作。读进程之间不互斥，可以同时 读数据库。请用信号量及PV操作描述这一 组进程的工作过程。
问题分析
所以，为了实现生产者进程和消费者进 程的同步与互斥，设置三个信号量： 两个同步信号量empty和full， 一个互斥信号量mutex， 并在这三个信号量上施加正确的P、V 操作，就可保障两进程正确无误地运行。
哲学家就餐问题
管程机制
1. 管程可以看做一个软件模块，它是将共享 的变量和对于这些共享变量的操作封装起 来，形成一个具有一定接口的功能模块， 进程可以调用管程来实现进程级别的并发 控制。 2. 进程只能互斥的使用管程，即当一个进程 使用管程时，另一个进程必须等待，当一 个进程使用完管程后，它必须释放管程并 唤醒等待管程的另一个管程。
一、哲学家就餐问题与C语言：
• 死锁问题
• 其实呢，这个问题在我们计算机中也经常遇到， 用户需要的特定信息由几部分组成，而几个用户 各掌握了特定信息的一部分，彼此不放手，导致 持续的等待我们称之为死锁。在我们学习了哲学 家就餐问题之后，我们可以轻松地解决这个问题
死锁问题解决方法:
(1)至多只允许四个哲学家同时进餐,以保证至少有一个哲学家 能够进餐,最终总会释放出他所使用过的两支筷子,从而可 使更多的哲学家进餐. (2)仅当哲学家的左右两支筷子都可用时,才允许他拿起筷子 进餐. (3)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.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.即五个哲学 家都竞争奇数号筷子,获得后,再去竞争偶数号筷子,最后总 会有一个哲学家能获得两支筷子而进餐.
Chandy/Misra解法
• 1984年，K. Mani Chandy和J. Misra提出了哲学家就餐问题的另一个解 法，允许任意的用户（编号P1, ..., Pn）争用任意数量的资源。与迪科 斯彻的解法不同的是[来源请求]，这里编号可以是任意的。 • 1.对每一对竞争一个资源的哲学家，新拿一个餐叉，给编号较低的哲 学家。每只餐叉都是“干净的”或者“脏的”。最初，所有的餐叉都 是脏的。 • 2.当一位哲学家要使用资源（也就是要吃东西）时，他必须从与他竞 争的邻居那里得到。对每只他当前没有的餐叉，他都发送一个请求。 • 3.当拥有餐叉的哲学家收到请求时，如果餐叉是干净的，那么他继续 留着，否则就擦干净并交出餐叉。 • 4.当某个哲学家吃东西后，他的餐叉就变脏了。如果另一个哲学家之 前请求过其中的餐叉，那他就擦干净并交出餐叉。 • 这个解法允许很大的并行性，适用于任意大的问题。
哲学家就餐问题解决方案
哲学家就餐问题解决方案
1. 哎呀呀，哲学家就餐问题啊！咱可以试试这样，就像拼图一样，把各种口味、各种菜品都摆在一起，看看能不能拼成一个完美的“美食地图”。
比如柏拉图喜欢思考，那就给他来一份精致的沙拉，边吃边想呗。
2. 嘿，为什么不搞个主题餐厅呢？像开个“哲学沙龙餐厅”，大家边吃边探讨深奥的问题呀。
就好像孔子和他的弟子们围坐一起讲学吃饭那样，多有意思！苏格拉底肯定超爱这种氛围。
3. 要不，给哲学家们来个定制菜单吧！根据他们的哲学理念来配餐，这不是超酷吗？老子主张自然无为，那就给他上些清淡自然的食物。
这就好像为他们量身打造的衣服一样合适。
4. 哎呀，我们可以搞些哲学趣味餐具呀！比如餐盘上印着各种哲学名言，吃着吃着还能激发灵感呢。
这不就跟阿基米德在浴缸里发现浮力原理似的嘛！
5. 或者，举办哲学美食节怎么样？把哲学家们喜欢的食物都集中起来，那场面，肯定火爆。
这就如同一场哲学的盛宴，亚里士多德肯定会成为其中最闪亮的嘉宾。
6. 让服务员也都变成哲学小达人呀，能和哲学家们聊聊哲学顺便推荐菜品。
就像伯牙子期遇到懂他音乐的人一样，多棒！尼采遇到这样的服务员想必也会很开心。
7. 可以建个哲学美食交流群呀，大家在里面分享好吃的和哲学见解。
这不就相当于给哲学家们搭了个专属的交流平台嘛，毕达哥拉斯肯定会积极发言的。
8. 干脆来个哲学厨艺大比拼吧，让哲学家们也参与进来。
这多好玩呀，就好像他们在哲学战场上辩论一样激烈。
我觉得要解决哲学家就餐问题，就得有创意又有趣，让他们在享受美食的同时也能沉浸在哲学的氛围里。
哲学家进餐问题和银行家算法
哲学家进餐问题和银行家算法是操作系统中的经典问题，都涉及到资源分配和死锁的问题。
哲学家进餐问题是关于死锁的经典问题。
假设有五位哲学家坐在一张圆桌周围，他们轮流思考和吃饭。
吃饭的时候，他们需要使用两边的筷子。
问题是，如果哲学家们在拿起左边的筷子之前必须等待右边的筷子可用，那么有可能发生死锁。
例如，如果每个哲学家都拿起左边的筷子并等待右边的筷子，那么就会出现循环等待的情况，导致所有人都饿死，这就是死锁。
为了避免这种情况，操作系统需要一种机制来避免死锁，比如规定哲学家们必须按照固定的顺序拿起筷子等。
银行家算法是关于资源分配和避免死锁的算法。
该算法模拟了银行贷款的场景，通过检查请求是否会导致死锁来决定是否分配资源。
如果分配资源会导致死锁，算法就会拒绝该请求；否则，它就会分配资源。
银行家算法需要在操作系统中进行配置，以便动态管理资源的分配，并在需要时回收资源以避免死锁。
这两个问题的解决方法是操作系统中的重要组成部分，旨在确保系统中的多个进程或线程能够公平地共享资源，并避免出现死锁等不期望的情况。
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哲学家进餐问题
问题描述：
有5个哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围的5张椅子上。
在桌上有5支筷子和5个碗，他们的生活方式是交替的进行思考和进餐。
平时，一个哲学家进行思考，饥饿时便试图取用他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。
解决方法：
1)至多只允许4位哲学家同时去拿他左边的筷子，最终能保证
至少有一个哲学家能够进餐，并在用毕时能够释放他用过的两支筷子，从而使更多的哲学家能够进餐。
2)规定奇数号哲学家先拿他左边的筷子然后再拿右边的筷子；
而偶数号哲学家则与此相反。
3)仅当哲学家的左右两边的筷子都能用时才允许他拿起筷子进
餐。
用第3）种方法解决代码如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <windows.h>
#include <time.h>
#define PHILOSOPHERS 5
HANDLE gchopStick[PHILOSOPHERS];
DWORD WINAPI PhilosopherThread(LPVOID pVoid) {
HANDLE myChopsticks[2];
DWORD result;
int iPhilosopher = (int) pVoid;
int iLeftChopstick = iPhilosopher;
int iRightChopstick = iLeftChopstick + 1;
if (iRightChopstick > PHILOSOPHERS-1)
iRightChopstick = 0;
myChopsticks[0] = gchopStick[iLeftChopstick];
myChopsticks[1] = gchopStick[iRightChopstick];
result=WaitForMultipleObjects(2,myChopsticks,TR UE,-1);
printf("the %d PHILOSOPHER begin to eat\n",iPhilosopher);
Sleep(200);
printf("the %d PHILOSOPHER finished
eating",iPhilosopher);
ReleaseMutex(myChopsticks[0]);
ReleaseMutex(myChopsticks[1]);
return EXIT_SUCCESS;
}
int main(int argc,char *argv[])
{
DWORD dwThreadId,wait_for_all;
HANDLE hThread[PHILOSOPHERS];
for (int i=0; i < PHILOSOPHERS; i++)
{
gchopStick[i] = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);
}
for (i = 0; i < PHILOSOPHERS; i++)
hThread[i] = CreateThread(NULL, 0, PhilosopherThread, (LPVOID) i, 0, &dwThreadId);
wait_for_all=WaitForMultipleObjects(PHILOSOPHER S,hThread,TRUE,-1);
printf("All PHILOSOPHERs finished eating\n");
return 0; }。