- 编程练习 - 题目来源于宋劲杉《linuxc》
哲学家就餐问题。这是由计算机科学家 Dijkstra 提出的经典死锁场景。
原版的故事里有五个哲学家 (不过咱们写的程序能够有 N 个哲学家)，这些哲学家们只做两件事--思考和吃饭，他们思考的时候不须要任何共享资源，然而吃饭的时候就必须应用餐具，而餐桌上的餐具是无限的，原版的故事里，餐具是叉子，吃饭的时候要用两把叉子把面条从碗里捞进去。很显然把叉子换成筷子会更正当，所以：一个哲学家须要两根筷子能力吃饭。
当初引入问题的要害：这些哲学家很穷，只买得起五根筷子。他们坐成一圈，两个人的两头放一根筷子。哲学家吃饭的时候必须同时失去左手边和右手边的筷子。如果他身边的任何一位正在应用筷子，那他只有等着。
假如哲学家的编号是 A、B、C、D、E，筷子编号是 1、2、3、4、5，哲学家和筷子围成一圈如下图所示：
图 35.2. 哲学家问题
每个哲学家都是一个独自的线程，每个线程循环做以下动作：思考 rand()%10 秒，而后先拿左手边的筷子再拿右手边的筷子（筷子这种资源能够用 mutex 示意），有任何一边拿不到就始终等着，全拿到就吃饭 rand()%10 秒，而后放下筷子。
编写程序仿真哲学家就餐的场景：
Philosopher A fetches chopstick 5
Philosopher B fetches chopstick 1
Philosopher B fetches chopstick 2
Philosopher D fetches chopstick 3
Philosopher B releases chopsticks 1 2
Philosopher A fetches chopstick 1
Philosopher C fetches chopstick 2
Philosopher A releases chopsticks 5 1
...解决方案参考自 https://blog.csdn.net/theLost…
1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<malloc.h>
4 #include<time.h>
5 #include<unistd.h>
6 #include<pthread.h>
7 #include<semaphore.h>
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9 #define NUM 5
10
11 sem_t chopsticks[NUM];//sem_t 信号量参数，示意每根快筷子最多只能同时被一人拿起
12 sem_t r;// 拿起左筷子的信号量参数，只能同时有 4 人拿起左筷子，否则后产生死锁
13 int philosophers[NUM] = {0,1,2,3,4};// 哲学家数组，示意 5 位哲学家 0,1,2,3,4,
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15 pthread_mutex_t chops[NUM];// 互斥量即锁的控制变量
16
17 //int Islocked[NUM] = {0};// 本人实现互斥锁须要的控制变量数组
18 // 多个线程同时调用通常的 swap 函数的时候容易产生指令错排从而影响后果
19 // 而咱们应用 intel X86 的指令集中提供了替换两数的指令 xchg，寄存器管制不会呈现并发的状况
20 //void xchg(int *x,int *y){// 汇编中的替换指令
21 // __asm__("xchgl %0, %1" : "=r" (*x) : "m" (*y));
22 //}
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24 // 外围函数 (利用信号量管制最多 4 集体拿起左筷子来杜绝死锁的产生)
25 void *philosopher(void *arg){//arg 由 init 函数的第四个参数传递而来
26 int i = *((int *)arg);// i 代表第 i 个哲学家
27 int left = i;// 右边的筷子设为 i
28 int right = (i+1)%NUM;// 循环队列构造, 左边筷子设为 i +1
29 //int leftkey;// 本人实现左互斥锁须要的 key 变量
30 //int rightkey;// 本人实现右互斥锁须要的 key 变量
31 while(1){
32 //leftkey = 1;
33 //rightkey = 1;
34
35 printf("哲学家 %d 正在思考 \n",i);
36 sleep(rand()%NUM);// 过程挂起一段时间，代表思考了一会
37
38 printf("哲学家 %d 饿了 \n",i);
39
40 sem_wait(&r);// 信号量 r - 1(若 r = 0 则挂起期待，r>0 则能够取得线程资源执行后续操作，r 不会 <0)
41 sem_wait(&chopsticks[left]);// 留神每个 chopsticks 的信号量只有 1 个
42 pthread_mutex_lock(&chops[left]);
43 //do{44 //xchg(&leftkey,&Islocked[left]);// 此时 leftkey 为非 1，会将 1 替换给 Islocked[left]
45 // 于是第二个线程进来时就会阻塞在 do_while 循环实现临界资源的锁定。即 linux 外面的 mutex 性能
46 //}while(leftkey);
47 printf("哲学家 %d 拿起了 %d 号筷子, 当初只有一支筷子, 不能进餐 \n",i,left);
48
49 //do{50 //xchg(&rightkey,&Islocked[right]);
51 //}while(rightkey);
52 sem_wait(&chopsticks[right]);
53 pthread_mutex_lock(&chops[right]);
54 printf("哲学家 %d 拿起了 %d 号筷子, 当初只有两支筷子, 开始进餐 \n",i,right);
55 sleep(rand()%NUM);// 过程挂起一段时间，代表吃了一段时间完结
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57 //Islocked[left] = 0;// 以后一个拿左筷子信号执行完就能够让第二个线程进入
58 sem_post(&chopsticks[left]);
59 pthread_mutex_unlock(&chops[left]);
60 printf("哲学家 %d 放下了 %d 号筷子 \n",i,left);
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62 //Islocked[right] = 0;// 以后一个拿左筷子信号执行完就能够让第二个线程进入
63 sem_post(&chopsticks[right]);
64 pthread_mutex_unlock(&chops[right]);
65 printf("哲学家 %d 放下了 %d 号筷子 \n",i,right);
66
67 sem_post(&r);// 开释资源，信号量 +1，于是能够同时唤醒挂起期待信号量 >0 的线程
68
69 }
70 }
71 int main(int argc,char **argv){72 srand(time(NULL));
73 pthread_t PHD[NUM];// 要开拓的线程组
74
75 int i= 0;
76 for(i = 0;i < NUM; i++){77 sem_init(&chopsticks[i],0,1);// 信号量初始化，每只筷子只能同时被拿起一次
78 }
79 sem_init(&r,0,4);// 信号量控制变量 r, 管制同时拿起左筷子的信号不能超过 4
80
81 int j = 0;
82 for(j = 0; j < NUM; j++){83 pthread_mutex_init(&chops[j],NULL);// 互斥锁的初始化
84 }
85
86 int k = 0;
87 for(k = 0; k < NUM; k++){88 pthread_create(&PHD[k],NULL,philosopher,&philosophers[k]);// 创立 5 个哲学家的行为线程
89 }
90
91 int l = 0;
92 for(l = 0; l < NUM; l++){93 pthread_join(PHD[l],NULL);// 期待每个线程终止，将这些线程由终止态变为 detach 态并发出线程所占用的资源
94 }
95
96 int m = 0;
97 for(m = 0; m < NUM; m++){98 sem_destroy(&chopsticks[m]);// 开释变量所占用的信号量相干资源
99 }
100 sem_destroy(&r);// 同上，开释左筷子监控占用的信号量资源
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102 int n = 0;
103 for(n = 0; n < NUM; n++){104 pthread_mutex_destroy(&chops[n]);// 销毁互斥锁，开释资源
105 }
106
107 return 0;
108 }
我这里是在 linux 环境下应用 mutex 实现，在 windows 环境下能够用正文掉的 while-do-while 循环来模仿实现互斥锁 mutex, 也能胜利运行失去后果！
gcc philosopher_mutex.c -o philosopher_mutex -lpthread
./philosopher