利用信号量机制解决哲学家进食问题实验报告

哲学家进餐问题是指有五个哲学家坐在一张圆形餐桌周围，每个哲学家面前有一只碗和一只筷子，哲学家只有同时拿到两只筷子才能进餐，问如何使得这五位哲学家都能进餐且不会发生死锁。

解决这个问题的一种方法是利用信号量机制。我们可以给每个筷子创建一个信号量，同时创建一个控制进餐的信号量。每个哲学家在进餐前需要先尝试获取左右两只筷子，如果获取成功则可以进餐，否则需要等待其他哲学家使用完毕释放筷子后再次尝试获取。

具体实现如下：

#define N 5 // 哲学家数量
#define LEFT (i + N - 1) % N // 左侧哲学家编号
#define RIGHT (i + 1) % N // 右侧哲学家编号

semaphore chopstick[N]; // 筷子信号量数组
semaphore mutex = 1; // 控制进餐的信号量

void philosopher(int i) {
    while (true) {
        // 思考
        think();

        // 尝试获取左侧筷子
        wait(chopstick[LEFT]);

        // 尝试获取右侧筷子
        wait(chopstick[RIGHT]);

        // 获取到两只筷子，可以进餐
        eat();

        // 释放左侧筷子
        signal(chopstick[LEFT]);

        // 释放右侧筷子
        signal(chopstick[RIGHT]);
    }
}

void main() {
    int i;
    for (i = 0; i < N; i++) {
        // 初始化筷子信号量
        chopstick[i] = 1;
    }

    // 创建哲学家线程
    for (i = 0; i < N; i++) {
        thread_create(philosopher, i);
    }
}

在这个实现中，每个哲学家在尝试获取筷子时会先获取互斥信号量mutex，以保证多个哲学家不会同时尝试获取同一个筷子。如果一个哲学家获取到了左右两只筷子，就可以进餐，进餐完毕后再释放筷子。这样可以保证所有哲学家都能进餐且不会发生死锁。