哲學家就餐問題

2022-03-24 12:02:53 字數 1631 閱讀 6624

五個哲學家(a~e)圍著一張圓桌就餐,他們每個人面前都有一盤通心粉。由於通心粉很滑,所以需要兩隻筷子才能夾住,但每兩個盤子之間只放著乙隻筷子,如下圖。

哲學家只有兩個動作:要麼就餐,要麼思考。而且他們之間從不交談。

當乙個哲學家餓了的時候,就拿起盤子左右兩邊的筷子開始就餐(不能同時拿起兩隻筷子)。就餐完以後,就把筷子放回盤子左右,繼續思考。

由於他們之間互不交談,所以很容易出現「死鎖」:假如每個人都拿著左邊的筷子,則所有人都在等右邊的筷子,誰都吃不了。

我們可以規定,拿著乙隻筷子等待另乙隻筷子的時間超過五分鐘就放下手中的筷子,並且再等待五分鐘之後進行下一次嘗試。

這個策略消除了死鎖,不過還是有可能發生「活鎖」:假如這五個人同時拿起左邊的筷子,大家都在等另乙隻筷子,五分鐘之後大家同時放下筷子。再過五分鐘之後又同時拿起左邊的筷子……

在計算機領域中,哲學家就餐問題可以抽象成資源搶占問題,筷子就是「資源」。一種常用的計算機技術就是給資源「加鎖」,乙個資源同時只能供乙個程式或者一段**訪問。當乙個程式要使用的資源被另外乙個程式鎖定的時候,只能等待資源被解鎖。這就容易出現死鎖情況,當有兩個程式需要訪問兩個相同的資源時,如果每個程式都鎖了乙個資源,那麼兩者都在等待對方解鎖另乙個資源的解鎖,最後誰都無法執行。

以下介紹三種解決方案。

就就餐問題,我們可以引入乙個服務生,哲學家要經過服務生同意才能拿筷子,因為服務生知道哪只筷子在使用,他可以阻止死鎖的發生。

這很好理解,只有當盤子左右的筷子都空閒的時候,服務生才會同意哲學家就餐,這樣就不存在有人拿著乙隻筷子在等待另乙隻筷子的情況,也就杜絕了死鎖的發生。

另外一種方法就是給資源分級,例如上圖中的五隻筷子,給它們分級為1~5五個等級。

約定:每位哲學家在就餐拿筷子的時候,只能先拿級別比較低的筷子,然後才能拿級別比較高的。用餐完以後,先放下級別比較高的筷子,再放下編號比較低的。

這樣也不會出現死鎖的情況。

假如大家同時拿起乙隻筷子,那麼級別最高的5號筷子一定還留在桌子上。此時哲學家a或者e就能拿起它湊成兩隻筷子開始進餐。進餐完以後放下筷子,其他哲學家又能進餐了……

這是由k. mani chandy和j. misra提出的又一種解法:

剛開始的時候,把每只筷子都分給編號比較小的哲學家,即有:a~1,b~2,c~3,d~4,e~5。並把筷子都定義為「髒的」。

當某位哲學家要使用筷子的時候,他缺哪只筷子,就向擁有那只筷子的哲學家傳送乙個請求。

當擁有筷子的哲學家收到請求時,如果筷子是髒的,就把筷子擦乾淨並交出去;否則就繼續留著。

當哲學家擁有兩隻乾淨的筷子時就可以就餐了,吃完以後筷子就變成髒的了。如果有哲學家之前請求過其中乙隻筷子,則把筷子擦乾淨並交出去。

示例:

起初,先把 5 只筷子分別分給 a~e 五位哲學家,並定義為臟的。

假設b想要吃東西了,他把手裡的2號筷子擦乾淨,可是還缺1號筷子呀,於是就向擁有1號筷子的a傳送乙個請求。

a收到請求,因為此時1號筷子是髒的,所以a得把1號筷子擦乾淨,並交給b。

b有兩隻筷子了,準備開吃了。可就在此時,c也想吃東西了,向b傳送過來乙個請求,想要2號筷子。

b手裡的2號筷子是乾淨的呀,於是b先吃自己的,吃完以後2號筷子變成髒的了,b再把筷子擦乾淨並交給c。

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哲學家就餐問題

本文是哲學家就餐問題在 linux 上的程式實現,與windows 平台的實現類似,程式上稍有不同。philosopherdining.cpp include include include include include include rasutil.h using namespace std ...

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