进一步地,公司 B 客户要求使用哲学家就餐模型解决多进程的死锁问 题。假设有 m(m≥3)位哲学家,n(n≥1)个碗,每两位哲学家之间有一根筷子。每位哲 学家取到一个碗和两侧的筷子后,才能就餐,进餐完毕将碗和筷子放回原位,并继续思考。 请用碗这个限制资源来避免死锁:当碗的数量 n 小于哲学家的数量 m 时,可以直接让碗的资 源量等于 n,避免所有哲学家都拿一侧筷子而无限等待另一侧筷子进而造成死锁的情况;当碗 的数量 n 大于等于哲学家的数量 m 时,让碗的资源量等于 m-1,保证最多只有 m-1 个哲学家 同时进餐,即碗的资源量为 min{m-1, n}。请使用信号量的 P、V 操作[wait()、signal()操作] 描述进程的互斥与同步,并说明所用信号量及初值的含义。
时间: 2023-03-07 15:14:05 浏览: 41
使用信号量的P、V操作可以用于描述进程的互斥与同步,其中P操作可以被理解为“等待”,V操作可以被理解为“发出”。在上述场景中,可以使用一个信号量semaphore,初值为min(m-1,n)。当一位哲学家拿到一个碗和两侧的筷子时,就会对semaphore进行P操作,即等待它为正数,以确保最多只有m-1个哲学家同时进餐,避免死锁。当一位哲学家进餐完毕,将碗和筷子放回原位,就会对semaphore进行V操作,即发出一个信号,以便另一位哲学家可以继续进餐。
相关问题
解决哲学家就餐问题,要求最多只允许四位哲学家同时进餐,保证至少有一位哲学家能拿到两只筷子,使用C语言实现
哲学家就餐问题是一个经典的并发编程问题,用于说明在并发环境下,如何避免死锁和资源竞争问题。解决该问题的核心在于如何有效地分配资源,避免哲学家同时拿到两只相邻筷子,从而导致死锁。
以下是使用C语言实现的一个解决方案,其中使用了信号量来实现资源的分配和释放:
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#define NUM_PHILOSOPHERS 5
pthread_t philosophers[NUM_PHILOSOPHERS];
sem_t forks[NUM_PHILOSOPHERS];
sem_t max_philosophers;
int ids[NUM_PHILOSOPHERS];
void *philosopher(void *arg) {
int id = *(int *)arg;
int left = id;
int right = (id + 1) % NUM_PHILOSOPHERS;
while (1) {
sem_wait(&max_philosophers); // 等待最多只有四个哲学家同时进餐
sem_wait(&forks[left]); // 拿起左手的筷子
sem_wait(&forks[right]); // 拿起右手的筷子
// 进餐
printf("Philosopher %d is eating.\n", id);
sleep(3);
sem_post(&forks[left]); // 放下左手的筷子
sem_post(&forks[right]); // 放下右手的筷子
sem_post(&max_philosophers); // 释放一个位置
printf("Philosopher %d is thinking.\n", id);
sleep(3);
}
}
int main() {
int i;
for (i = 0; i < NUM_PHILOSOPHERS; i++) {
sem_init(&forks[i], 0, 1);
ids[i] = i;
}
sem_init(&max_philosophers, 0, 4); // 初始值为4,表示最多只允许四个哲学家同时进餐
for (i = 0; i < NUM_PHILOSOPHERS; i++) {
pthread_create(&philosophers[i], NULL, philosopher, &ids[i]);
}
for (i = 0; i < NUM_PHILOSOPHERS; i++) {
pthread_join(philosophers[i], NULL);
}
for (i = 0; i < NUM_PHILOSOPHERS; i++) {
sem_destroy(&forks[i]);
}
sem_destroy(&max_philosophers);
return 0;
}
```
在上面的代码中,每个哲学家都是一个线程,使用信号量来控制进餐时的资源分配和释放。其中,`max_philosophers`是一个初始值为4的信号量,表示最多只允许四个哲学家同时进餐。在进餐前,每个哲学家需要先尝试获取左手和右手的筷子,只有当两只筷子都被获取到后才能进餐。进餐结束后,需要释放左手和右手的筷子,并将`max_philosophers`信号量加1,表示有一个哲学家离开了餐桌。
这个解决方案可以避免死锁和资源竞争问题,同时最多只允许四个哲学家同时进餐,保证至少有一位哲学家能拿到两只相邻的筷子。
哲学家进餐问题解决死锁方法
哲学家进餐问题是一个经典的同步问题,描述的是五个哲学家围坐在一张圆桌前,每个哲学家前面有一盘意面和一只叉子。他们的生活方式是交替地进行思考和进餐。当一个哲学家思考时,他不会使用叉子。当一个哲学家饿了并想要进餐时,他会尝试去拿起他左右两边的叉子,只有当他同时拿到了两只叉子时,他才能进餐。问题是如何避免死锁。
解决方法有以下几种:
1. Chandy/Misra解法:引入一个服务员来解决哲学家们同时拿起左手边叉子的问题。当一个哲学家想要进餐时,他会向服务员请求叉子,并等待服务员给他分配叉子。服务员会根据每个叉子的占用情况来分配叉子,如果有可用的叉子,服务员就会将它们分配给哲学家。这种方法可以有效地避免死锁。
2. 资源分级法:给每个哲学家分配一个数字,称之为资源级别。当一个哲学家想要进餐时,他必须先拿起编号较小的叉子,然后再拿起编号较大的叉子。这样可以避免多个哲学家同时拿起左手边的叉子。
3. 超时方法:给每个哲学家分配一个固定的时间段,只有在这个时间段内,哲学家才能拿起叉子。如果哲学家在规定的时间内没有拿到叉子,他就会放弃进餐,等待下一次机会。
以上三种方法都可以有效地避免死锁,并且能够保证每个哲学家都能有机会进餐。