哲学家进餐问题讲课教案

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：

1

A

A

6

5

3

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。

2.2系统平台、语言及工具

（1）操作系统：Windows

（2）程序设计语言：C++

（3）工具：VC++6.0

2.3不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区（Critical Section）。每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区（Critical Section）（临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源）。每次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进入。不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。

三、系统详细设计

否

是

程序中定义一个哲学家类，包含两个私有对象和四个公有对象。

Number对象：哲学家的编号。

Status 对象：用于保存当前该哲学家的状态，0表示正在等待（即处于

饥饿状态）1表示得到筷子正在吃饭，2表示正在

思考

Philosopher(int num)方法：哲学家类构造函数，参数num表示哲学家编号

find() const方法：返回该哲学家编号

getinfo() const方法：返回哲学家当前状态

Change()方法：根据题目要求改变哲学家的状态（等待->进餐->思考->等

待…………）

另外，程序中包含一个公有对象，bool类型数组tools[6]，用来保存6根筷子当前状态：true表示该筷子当前空闲，false表示该筷子当前正被使用。

程序中还包含两个公有函数：print和toolstatus。Print用来返回一个哲学家的状态，toolstatus用来返回一根筷子的状态。

四、系统的主要源代码

#include

#include

#include

#include

#include

using namespace std; //控制活动线程数目的信号量（保护线程共享资源）

bool tools[6]; //全局变量，用餐工具

CRITICAL_SECTION cs; //信号量, 在线程中使用，临界区

class Philosopher

{

private:

int number;

int status; /*标记当前哲学家的状态,0表示正在等待(即

处于饥饿状态),1表示得到两支筷子正在吃饭,2表示正在思考*/

public:

Philosopher(int num=0): status(2), number(num) { }

int find() const { return number; }

int getinfo() const { return status; }

void Change() ; //状态改变函数

};

void Philosopher::Change()

{

EnterCriticalSection (&cs) ; //进入临界区

if(status==1) //正在进餐

{

tools[number%6]=true; //放下左手工具

tools[(number-1)%6]=true; //放下右手工具

status=2; //改变状态为思考

}

else if(status==2) //思考中

{

status=0; //改变状态为等待

}

else if(status==0) //等待中

{

if(tools[number%6]&&tools[(number-1)%6]) //左右手两边工具均为空闲状态

{

tools[number%6]=false; //拿起左手工具

tools[(number-1)%6]=false; //拿起右手工具

status=1;

}

}