利用信号量机制解决哲学家进餐问题c语言代码

哲学家进餐问题是一个经典的同步问题，其中多个哲学家（线程）围坐在一张圆桌上，每个哲学家需要交替地执行思考和进餐两个行为，但是他们需要共享一组资源（也就是筷子），因此需要使用同步机制来避免死锁和饿死问题。

其中，信号量是一种常见的同步机制，可以通过 P 操作和 V 操作来实现进程间的同步和互斥。下面是一个利用信号量机制解决哲学家进餐问题的 C 语言代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>

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

int state[N];  // 哲学家的状态，0 表示思考，1 表示饥饿，2 表示进餐
sem_t mutex;  // 互斥信号量，保证每次只有一个哲学家拿起筷子
sem_t s[N];  // 每个哲学家对应的信号量，表示他的左右两侧是否有可用的筷子

void test(int i) {
    if (state[i] == 1 && state[LEFT] != 2 && state[RIGHT] != 2) {
        state[i] = 2;  // 进餐
        printf("哲学家 %d 号拿起了筷子 %d 和 %d，开始进餐。\n", i, LEFT, i);
        sleep(2);  // 模拟进餐时间
        sem_post(&s[i]);  // 放下左侧筷子
        sem_post(&s[RIGHT]);  // 放下右侧筷子
        printf("哲学家 %d 号放下了筷子 %d 和 %d，开始思考。\n", i, LEFT, i);
        state[i] = 0;  // 思考
    }
}

void take_forks(int i) {
    sem_wait(&mutex);  // 互斥锁
    state[i] = 1;  // 饥饿
    printf("哲学家 %d 号正在等待筷子 %d 和 %d。\n", i, LEFT, i);
    test(i);
    sem_post(&mutex);
    sem_wait(&s[i]);  // 左侧筷子
    sleep(1);  // 模拟拿起左侧筷子的时间
    sem_wait(&s[RIGHT]);  // 右侧筷子
    sleep(1);  // 模拟拿起右侧筷子的时间
}

void put_forks(int i) {
    sem_wait(&mutex);  // 互斥锁
    state[i] = 0;  // 思考
    printf("哲学家 %d 号放下了筷子 %d 和 %d，开始思考。\n", i, LEFT, i);
    test(LEFT);  // 左侧哲学家试图进餐
    test(RIGHT);  // 右侧哲学家试图进餐
    sem_post(&mutex);
}

void *philosopher(void *arg) {
    int i = *(int *)arg;
    while (1) {
        sleep(1);  // 模拟思考时间
        take_forks(i);  // 拿起筷子
        sleep(1);  // 模拟进餐时间
        put_forks(i);  // 放下筷子
    }
}

int main() {
    pthread_t tid[N];
    int i;
    sem_init(&mutex, 0, 1);
    for (i = 0; i < N; i++) {
        sem_init(&s[i], 0, 0);
    }
    for (i = 0; i < N; i++) {
        pthread_create(&tid[i], NULL, philosopher, (void *)&i);
        printf("哲学家 %d 号开始思考。\n", i);
    }
    for (i = 0; i < N; i++) {
        pthread_join(tid[i], NULL);
    }
    sem_destroy(&mutex);
    for (i = 0; i < N; i++) {
        sem_destroy(&s[i]);
    }
    return 0;
}

在这个代码中，每个哲学家都是一个线程，他们通过信号量来协调各自的行为。当一个哲学家想要进餐时，他会首先试图拿起左右两侧的筷子，如果同时有其他哲学家在用，那么他就会等待。当他成功拿起筷子后，开始进餐，并在一定时间后放下筷子，继续思考。如果他放下筷子后发现左右两侧的哲学家也都饥饿了，那么他就会通知他们可以尝试拿起筷子进餐。

总之，这个代码中通过信号量机制实现了哲学家进餐问题的同步和互斥，避免了死锁和饿死问题。