哲学家就餐问题与互斥访问：死锁防范与调度算法分析

本次讨论的主题是关于哲学家就餐问题的计算机科学概念，这是一个经典的问题，常被用来展示并发系统中的同步与死锁概念。在该问题中，有五个哲学家围坐在一张圆桌旁，他们试图同时拿起两根筷子进行思考和进食。每个哲学家都有自己的编号，0到4，他们按照特定的规则尝试获取相邻的两根筷子。 原始的就餐问题是基于无预防措施的情况，当哲学家们按照自己的意愿去拿筷子时，可能会导致死锁，即所有哲学家都在等待对方释放他们不能得到的筷子。为解决这个问题，引入了信号量机制： 1. **AND信号量**：这种方法要求哲学家在获取右边的筷子之前，必须确保左手的筷子已经被其他哲学家释放。通过使用互斥信号量c[5]，每个哲学家在思考阶段会等待两个信号量的值均为1，这实现了对筷子的互斥访问，从而避免死锁。 2. **优先级规则**：另一种策略是设定哲学家的编号为奇数或偶数，奇数号哲学家先拿右边再拿左边，偶数号反之。此外，还规定某些特定的哲学家优先竞争特定的筷子（例如，1和2号先竞争2号筷子，3和4号先竞争4号）。这种方法打破了原有的顺序，降低了死锁的可能性。 性能指标方面，我们关注了几个关键概念： - **CPU使用率**：衡量CPU忙于处理进程的时间比例。 - **吞吐量**：单位时间内完成的进程数量，反映系统的效率。 - **周转时间**：从进程开始到结束的总时间，包括等待时间。 - **就绪等待时间**：进程在就绪队列中等待的时间。 - **响应时间**：从进程提交到收到响应的时间。 调度算法在操作系统中扮演着重要角色，这里提到的调度策略有先来先服务（FCFS），其特点是按进程到达的顺序执行，非抢占性。FCFS的优点在于简单易懂，但缺点是平均等待时间可能不稳定，短进程可能会被长进程长时间占用资源。不同的调度算法如优先级调度、短进程优先等，都有各自的优缺点和适用场景，它们的决策模式决定了进程执行的优先级和抢占行为。理解这些概念对于理解和设计高效并发系统至关重要。