哲学家进餐难题与理发师悖论：并发安全的解决策略

哲学家进餐问题和理发师问题是两个经典的并发控制问题，它们在操作系统中用于演示死锁、互斥访问资源以及同步机制的重要性。这些问题通常涉及一组并发执行的实体（如哲学家或理发师），他们共同使用有限数量的共享资源（例如餐叉和餐桌）。 1. 哲学家进餐问题： 在这个问题中，有五个哲学家围坐在一张餐桌旁，每两人之间有一对餐叉。每个哲学家会按照思考-取左叉-取右叉-进食-放叉-放右叉-放左叉的顺序进行操作。关键在于，如果两个哲学家同时持有同一边的餐叉，就会导致死锁，因为双方都无法继续进食。为了解决这个问题，可以使用信号量（semaphores）来管理资源的获取与释放。比如，通过互斥信号量（mutex）确保一次只有一个哲学家能够进入进食状态，而餐叉信号量（chopstick）用来控制餐叉的获取和释放。 A方案采用的是非阻塞方式，即哲学家在尝试获取餐叉时不会阻塞，而是立即返回并重新尝试。这样避免了死锁的可能性，但可能会导致饥饿现象（一个哲学家可能永远无法进食）。 B方案引入了条件变量（CVar），在等待资源的同时保持其他线程的活动。当资源可用时，通过条件变量通知等待者。这样可以确保哲学家在等待时不会浪费CPU时间，并且在满足特定条件（如餐桌上有空位）时能立即进食。 2. 理发师问题： 理发师问题描述了一个理发师只有一个理发椅，同时只能服务一个顾客。顾客们排队等候，但必须在理发师完成当前顾客后才能被服务。为了避免死锁，同样可以使用互斥信号量和条件变量。当一个顾客到达时，他先等待理发师空闲，然后进入理发区，理发完成后释放资源让下一个顾客进入。 在实现上，可以设置一个理发师信号量（room）表示是否有人正在理发，以及多个顾客信号量（chopstick）表示每个顾客占用的理发位。顾客需要等待理发师和自己的座位都空闲，才能进行理发操作。使用信号量（semaphores）确保资源在使用完毕后被正确释放，避免了死锁的发生。 总结来说，哲学家进餐问题和理发师问题展示了并发编程中的核心概念，如死锁预防、互斥、信号量和条件变量的使用，这些都是操作系统中处理多线程和资源竞争时的重要技术手段。理解并解决这些问题有助于开发人员设计高效且健壮的并发程序。