一、问题介绍
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。
二、POSIX中的互斥量
1、库文件：#include <pthread.h>
2、数据类型：
pthread_mutex_t //互斥量
pthread_mutexattr_t //互斥量的属性
3、互斥量相关的函数：
① i nt pthread_mutex_init(pthread_mutex_t*mutex,constpthread_mutexattr_t *attr);//对一个互斥量进行初始化 ② i nt pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t*mutex);//销毁一个互斥量；返回值：成功则返回0，否则返回错误编号 ③ intpthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); ④ intpthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); ⑤ intpthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);//返回值：成功则返回0，否则返回错误编号;这三个函数用于对互斥量进行加锁解锁。其中pthread_mutex_trylock是非阻塞的加锁函数，若加锁失败，则立即返回EBUSY。 4、示例
//…
pthread_mutex_tmutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_mutex_lock(&mutex);
//do something
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
//…
三、POSIX线程函数
1、库文件：#include<pthread.h>
2、数据类型：pthread_t;线程ID
3、线程相关函数：
① pthread_t pthread_self ();// 返回调用线程的线程 ID ② int pthread_create ( pthread_t * tidp , const pthread_attr_t attr , void *(* start_rtn )(void*), void * arg );//线程创建函数，tidp，用于返回线程ID；attr，线程属性，若设为NULL,则线程使用默认属性；start_rtn是线程例程函数，arg为线程函数参数。 ③ void pthread_exit (void * rval_ptr );//rval_ptr指向线程返回值。
线程退出有以下几种情况：
a. 线程从例程函数返回。 b. 线程被其它线程取消。 c. 线程调用 pthread_exit () 主动退出。 ④ int pthread_join ( pthread_t thread, void ** rval_ptr );//返回值：成功返回0，错误返回错误编号;此函数用于等待指定线程（由参数thread指定）运行结束，期间，调用线程将会阻塞。rval_ptr参数用于获取线程返回值。 四、Linux信号量
1、库文件：#include<semaphore.h>
2、信号量数据类型：sem_t
3、主要函数： ① sem_init(sem_t*sem, int pshared, unsigned int value);// 初始化一个无名信号量 ② sem_destroy(sem_t*sem);// 销毁一个无名信号量；返回值：成功返回 0；错误返回 -1，并设置errno ③ sem_post ( sem_t * sem );// 信号量值加 1 。若有线程阻塞于信号量 sem ，则调度器会唤醒对应阻塞队列中的某一个线程。 ④ sem_wait ( sem_t * sem );// 若 sem 小于 0 ，则线程阻塞于信号量 sem ，直到 sem 大于 0 。否则信号量值减 1 。 ⑤ sem_trywait ( sem_t * sem );// 功能同 sem_wait () ，但此函数不阻塞，若 sem 小于 0 ，直接返回；返回值：成功返回0，错误返回-1，并设置errno 4、示例
sem_tsem;
sem_init(&sem,0, 1);//初始化一个值为1的信号量
sem_wait(&sem);//获取信号量
//dosomthing
sem_post(&sem);//释放信号量
sem_destroy(&sem);//销毁一个无名信号量
五、流程图
六、代码示例
使用互斥量：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
//筷子作为mutex pthread_mutex_t chopstick[6] ; void *eat_think(void *arg) { char phi = *(char *)arg; int left,right; //左右筷子的编号 switch (phi){ case 'A': left = 5; right = 1; break; case 'B': left = 1; right = 2; break; case 'C': left = 2; right = 3; break; case 'D': left = 3; right = 4; break; case 'E': left = 4; right = 5; break; } int i; for(;;){ usleep(3); //思考 pthread_mutex_lock(&chopstick[left]); //拿起左手的筷子 printf("Philosopher %c fetches chopstick %d\n", phi, left); if (pthread_mutex_trylock(&chopstick[right]) == EBUSY){ //拿起右手的筷子 pthread_mutex_unlock(&chopstick[left]); //如果右边筷子被拿走放下左手的筷子 continue; } // pthread_mutex_lock(&chopstick[right]); //拿起右手的筷子，如果想观察死锁，把上一句if注释掉，再把这一句的注释去掉 printf("Philosopher %c fetches chopstick %d\n", phi, right); printf("Philosopher %c is eating.\n",phi); usleep(3); //吃饭 pthread_mutex_unlock(&chopstick[left]); //放下左手的筷子 printf("Philosopher %c release chopstick %d\n", phi, left); pthread_mutex_unlock(&chopstick[right]); //放下左手的筷子 printf("Philosopher %c release chopstick %d\n", phi, right); pthread_mutex_destroy(&chopstick[left]); pthread_mutex_destroy(&chopstick[right]); } } int main(){ pthread_mutex_t A,B,C,D,E; //5个哲学家 int i; for (i = 0; i < 5; i++) pthread_mutex_init(&chopstick[i],NULL); pthread_create(&A,NULL, eat_think, "A"); pthread_create(&B,NULL, eat_think, "B"); pthread_create(&C,NULL, eat_think, "C"); pthread_create(&D,NULL, eat_think, "D"); pthread_create(&E,NULL, eat_think, "E"); pthread_join(A,NULL); pthread_join(B,NULL); pthread_join(C,NULL); pthread_join(D,NULL); pthread_join(E,NULL); return 0; }
使用信号量：
#include
#include
#include
#include
sem_t chopstick[6] ;
void *eat_think(void *arg)
{
char phi = *(char *)arg;
int left,right;
switch (phi){
case 'A':
left = 5;
right = 1;
break;
case 'B':
left = 1;
right = 2;
break;
case 'C':
left = 2;
right = 3;
break;
case 'D':
left = 3;
right = 4;
break;
case 'E':
left = 4;
right = 5;
break;
}
int i;
for(;;){
usleep(3);
sem_wait(&chopstick[left]);
printf("Philosopher %c fetches chopstick %d\n", phi, left);
if (sem_trywait(&chopstick[right]) < 0){
sem_post(&chopstick[left]);
continue;
}
printf("Philosopher %c fetches chopstick %d\n", phi, right);
printf("Philosopher %c is eating.\n",phi);
usleep(3);
sem_post(&chopstick[left]);
printf("Philosopher %c release chopstick %d\n", phi, left);
sem_post(&chopstick[right]);
printf("Philosopher %c release chopstick %d\n", phi, right);
}
}
int main(){
pthread_t A,B,C,D,E;
int i;
for (i = 0; i < 5; i++)
sem_init(&chopstick[i],0,1);
pthread_create(&A,NULL, eat_think, "A");
pthread_create(&B,NULL, eat_think, "B");
pthread_create(&C,NULL, eat_think, "C");
pthread_create(&D,NULL, eat_think, "D");
pthread_create(&E,NULL, eat_think, "E");
pthread_join(A,NULL);
pthread_join(B,NULL);
pthread_join(C,NULL);
pthread_join(D,NULL);
pthread_join(E,NULL);
return 0;
}
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