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。
资源分级解法
• 另一个简单的解法是为资源（这里是餐叉）分配一个偏序 或者分级的关系，并约定所有资源都按照这种顺序获取， 按相反顺序释放，而且保证不会有两个无关资源同时被同 一项工作所需要。在哲学家就餐问题中，资源（餐叉）按 照某种规则编号为1至5，每一个工作单元（哲学家）总是 先拿起左右两边编号较低的餐叉，再拿编号较高的。用完 餐叉后，他总是先放下编号较高的餐叉，再放下编号较低 的。在这种情况下，当四位哲学家同时拿起他们手边编号 较低的餐叉时，只有编号最高的餐叉留在桌上，从而第五 位哲学家就不能使用任何一只餐叉了。而且，只有一位哲 学家能使用最高编号的餐叉，所以他能使用两只餐叉用餐 。当他吃完后，他会先放下编号最高的餐叉，再放下编号 较低的餐叉，从而让另一位哲学家拿起后边的这只开始吃 东西。
限制条件：（1）只有拿到两支餐叉时，哲学家才能吃到面。 （2）如果餐叉已在他人手里，则哲学家必须要等到他人吃完面之后才能拿到叉子 （3）任一哲学家在自己未拿到两支叉子吃饭之前,决不放下自己手中的叉子。
三种解法
服务生解法
资源分级解法
Chandy/Misra 解法
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。因为服务生知 道哪只餐叉正在使用，所以他能够作出判断避免 死锁。 • 为了演示这种解法，假设哲学家依次标号为A至E 。如果A和C在吃东西，则有四只餐叉在使用中。B 坐在A和C之间，所以两只餐叉都无法使用，而D 和E之间有一只空余的餐叉。假设这时D想要吃东 西。如果他拿起了第五只餐叉，就有可能发生死 锁。相反，如果他征求服务生同意，服务生会让 他等待。这样，我们就能保证下次当两把餐叉空 余出来时，一定有一位哲学家可以成功的得到一 对餐叉，从而避免了死锁。
对立事件
• 对立事件的定义中的事件A与B不能同时发 生，且事件A与B中“必有一个发生”是指 事件A不发生，事件B就一定发生或者事件A 发生，事件B就不发生。如，投掷一枚硬币 ，事件A为正面向上，事件B为反面向上， 则事件A与事件B必有一个发生且只有一个 发生。所以，事件A与B是对立事件。
对立与互斥的关系
小学数学中
计算机中
哲学家供餐问题与数学 ——互斥
互斥事件
事件A和B的交集为空，A与B就是互斥事件 ，也叫互不相容事件。也可叙述为：不可 能同时发生的事件。如A∩B为不可能事件 （A∩B=Φ），那么称事件A与事件B互斥， 其含义是：事件A与事件B在任何一次试验 中不会同时发生。
例子
粉笔盒里有3支红粉笔，2支绿粉笔，1支黄 粉笔，现从中任取1支，记事件A为取得 红 粉笔，记事件B为取得绿粉笔，则A与B不能 同时发生，即A与B是互斥事件。
哲学家就餐问题
第五组：
付敏、陈小明、唐轲、梁晓华
刘爽、辛秘、张鑫、徐瑶瑶、宁丽娟
目录
引论 解决 引申
总结
数学餐馆
谁能解决店长提出的这个问， 就可以免费吃一顿午餐。
店长：荷兰学者Dijkstra
附加图示
哲学家就餐问题：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 那与计算机操作系统：
利用信号量的保护机制实现通过信号 量mutex对eat()之前的取左侧和右侧筷 子的操作进行保护，使之成为一个原 子操作，这样可以防止死锁的出现。
信号量机制
• 信号量机制是为了实现在多道程序环境下实现进程的并发 执行而提出的一种进程同步工具。 • 信号量S是一个整数，当S大于零，代表可供使用的进程实 体数，当S小于零，代表正在等待使用的临界区的进程数 。 • P原语操作的动作：（1）S减1，（2）若S减1后仍大于或 等于零，则进程继续执行，若S减1后小于零，则该进程被 阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转进程调度。 • V原语操作的动作：（1）S加1，（2）若相加结果大于零 ，则进程继续执行；（3）若相加结果小于或等于零，则 从该信号的等待队列中唤醒一等待进程，然后再返回原进 程继续执行或转进程调度。
资源分级解法 不利之处
• 尽管资源分级能避免死锁，但这种策略并不总是 实用的，特别是当所需资源的列表并不是事先知 道的时候。例如，假设一个工作单元拿着资源3和 5，并决定需要资源2，则必须先要释放5，之后释 放3，才能得到2，之后必须重新按顺序获取3和5 。对需要访问大量数据库记录的计算机程序来说 ，如果需要先释放高编号的记录才能访问新的记 录，那么运行效率就不会高，因此这种方法在这 里并不实用。 • 这种方法经常是实际计算机科学问题中最实用的 解法，通过为分级锁指定常量，强制获得锁的顺 序，就可以解决这个问题。
• 1.对立事件是互斥事件的特例,所以对 立事件一定是互斥事件； • 2.互斥事件不一定是对立事件,当且仅 当两个互斥事件必有一个发生时,它们 同时又是对立事件； • 3.互斥事件和对立事件均不能同时发生
。
哲学家就餐在计算机中的应用
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