计算机操作系统实验6进程同步之 哲学家进餐问题

哲学家进餐问题是经典的多进程同步问题，它描述了五个哲学家围坐在一张圆桌前，每个哲学家需要用餐，但只有五只筷子可供使用，每个哲学家左右手边各有一只筷子，只有同时拿到左右手边的两只筷子才能用餐，问题在于如何避免死锁和饥饿。

下面是一个简单的解决方案：

1. 给每一只筷子都分配一个编号，编号从0到4。

2. 每个哲学家的状态可以分为三种：思考、饥饿、就餐。

3. 哲学家在就餐前必须先拿到左右两只筷子，否则就会一直等待。

4. 每个哲学家在拿筷子时都先锁定其编号较小的筷子，再锁定编号较大的筷子，拿完筷子后再解锁编号较大的筷子，再解锁编号较小的筷子，以避免死锁。

5. 如果哲学家拿不到两只筷子，就会放弃等待，重新进入思考状态。

6. 哲学家就餐时应该释放筷子，让其他哲学家可以使用。

7. 为了避免饥饿，可以在一定时间内轮流让每个哲学家先拿编号较小的筷子，这样每个哲学家都有机会拿到两只筷子。

下面是一个简单的 Python 实现：

import threading

class Philosopher(threading.Thread):
    def __init__(self, name, left_fork, right_fork):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.name = name
        self.left_fork = left_fork
        self.right_fork = right_fork

    def run(self):
        while True:
            # 每个哲学家先拿编号较小的筷子
            self.left_fork.acquire()
            self.right_fork.acquire()
            print('{} is eating'.format(self.name))
            # 哲学家就餐后释放筷子
            self.right_fork.release()
            self.left_fork.release()

forks = [threading.Lock() for n in range(5)]
philosophers = [Philosopher(n, forks[n], forks[(n + 1) % 5]) for n in range(5)]

for p in philosophers:
    p.start()

for p in philosophers:
    p.join()

在上面的代码中，我们先创建了五只筷子，然后创建了五个哲学家，每个哲学家分别持有左右两只筷子，然后在 run 方法中循环执行以下操作：

1. 先拿左边的筷子，如果拿不到就一直等待。

2. 拿到左边的筷子后，再拿右边的筷子，如果拿不到就一直等待。

3. 拿到两只筷子后，就开始吃饭，输出当前哲学家的名字。

4. 吃完饭后，先释放右边的筷子，再释放左边的筷子。

最后我们分别启动五个哲学家的线程，并等待所有线程执行完毕。