(10)试利用记录型信号量和 PV操作写出一个解决哲学家就餐问题的算法。

哲学家就餐问题是一个经典的同步问题，多个哲学家围坐在一张圆桌旁，每个哲学家面前有一份饭和一只叉子，但是只有五只叉子，相邻的哲学家之间共享一只叉子。每个哲学家需要先拿到两只叉子才能吃饭，吃完后再放下叉子，这时才能有其他哲学家使用这两只叉子。

下面是使用记录型信号量和 PV操作解决哲学家就餐问题的算法：

1. 定义五个记录型信号量：s[0]、s[1]、s[2]、s[3]、s[4]，初始值都为1。

2. 定义五个哲学家线程，每个线程对应一个哲学家。

3. 每个哲学家线程的执行过程如下：

- 等待左边叉子可用：P(s[i])；

- 等待右边叉子可用：P(s[(i+1)%5])；

- 同时拿起左右两只叉子；

- 就餐；

- 放下左边叉子：V(s[i])；

- 放下右边叉子：V(s[(i+1)%5])。

完整代码如下：

from threading import Thread, Semaphore
import time

# 定义五个记录型信号量
s = [Semaphore(1) for i in range(5)]

def philosopher(i):
    while True:
        # 等待左边叉子可用
        s[i].acquire()
        # 等待右边叉子可用
        s[(i+1)%5].acquire()
        # 同时拿起左右两只叉子
        print(f"哲学家 {i} 拿起了左右两只叉子")
        # 就餐
        print(f"哲学家 {i} 开始就餐")
        time.sleep(1)
        # 放下左边叉子
        s[i].release()
        # 放下右边叉子
        s[(i+1)%5].release()
        print(f"哲学家 {i} 放下了左右两只叉子")

if __name__ == '__main__':
    # 定义五个哲学家线程
    threads = [Thread(target=philosopher, args=(i,)) for i in range(5)]
    # 启动五个哲学家线程
    for t in threads:
        t.start()
    # 等待所有哲学家线程结束
    for t in threads:
        t.join()

在上述代码中，每个哲学家线程都会通过 P(s[i]) 操作等待左边叉子可用，然后通过 P(s[(i+1)%5]) 操作等待右边叉子可用，然后才会同时拿起左右两只叉子进行就餐。就餐结束后，哲学家会通过 V(s[i]) 操作放下左边叉子，然后通过 V(s[(i+1)%5]) 操作放下右边叉子，这样其他哲学家才能使用这两只叉子。由于使用了记录型信号量，所以避免了死锁的发生。