哲学家进餐问题用只允许至多4个哲学家同时进餐的方法写一份完整代码，并进行代码分析

哲学家进餐问题是一个经典的同步问题，旨在解决多个进程或线程之间共享资源的并发问题。问题描述如下：假设有N个哲学家，他们围坐在一张圆桌前，每个哲学家面前有一只碗和一根筷子。哲学家的生活方式是交替思考和进餐，当一个哲学家想进餐时，他必须取得自己左右两边的筷子，才能吃饭。每次只有一个哲学家能够拿到筷子进餐，当一个哲学家进餐完毕后，他必须放下筷子，以便其他哲学家能够使用这些筷子。

下面是一个基于信号量实现的解法，每个哲学家对应一个进程，每根筷子对应一个信号量，同时只允许至多4个哲学家同时进餐。

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

#define N 5 // 哲学家数量
#define LEFT (i+N-1)%N // 左边哲学家的编号
#define RIGHT (i+1)%N // 右边哲学家的编号

sem_t chopstick[N]; // 筷子信号量数组
sem_t mutex; // 互斥信号量

void *philosopher(void *arg);

int main()
{
    pthread_t tid[N]; // 线程数组
    int i;

    sem_init(&mutex, 0, 1); // 初始化互斥信号量
    for (i = 0; i < N; i++)
        sem_init(&chopstick[i], 0, 1); // 初始化筷子信号量

    for (i = 0; i < N; i++)
        pthread_create(&tid[i], NULL, philosopher, (void *)i); // 创建线程

    for (i = 0; i < N; i++)
        pthread_join(tid[i], NULL); // 等待线程结束

    return 0;
}

void *philosopher(void *arg)
{
    int i = (int)arg;

    while (1) {
        printf("Philosopher %d is thinking.\n", i);

        sem_wait(&mutex); // 进入临界区

        sem_wait(&chopstick[LEFT]); // 取左边的筷子
        sem_wait(&chopstick[RIGHT]); // 取右边的筷子

        sem_post(&mutex); // 离开临界区

        printf("Philosopher %d is eating.\n", i);

        sem_post(&chopstick[LEFT]); // 放下左边的筷子
        sem_post(&chopstick[RIGHT]); // 放下右边的筷子
    }

    pthread_exit(NULL);
}

代码分析：

1. 声明5个筷子信号量和1个互斥信号量，用于保证同一时间只有一个哲学家能够进餐。
2. 在主函数中，初始化所有信号量，创建5个线程，每个线程对应一个哲学家，执行philosopher函数。
3. philosopher函数中，无限循环地交替思考和进餐。
4. 在进餐前，哲学家必须先获取互斥信号量，以确保只有一个哲学家能够进入临界区。
5. 在获取左右两边的筷子之后，哲学家可以进餐，并在进餐结束后放下筷子。
6. 释放互斥信号量，离开临界区。

需要注意的是，由于每个哲学家都是一个线程，因此在实际使用时需要注意线程的创建和销毁。此外，本代码中未处理死锁情况，如果多个哲学家同时取到自己左边的筷子，就会导致死锁。解决方法是引入超时机制或者随机等待时间。