4. 编程练习

哲学家就餐问题。这是由计算机科学家Dijkstra提出的经典死锁场景。

原版的故事里有五个哲学家(不过我们写的程序可以有N个哲学家),这些哲学家们只做两件事--思考和吃饭,他们思考的时候不需要任何共享资源,但是吃饭的时候就必须使用餐具,而餐桌上的餐具是有限的,原版的故事里,餐具是叉子,吃饭的时候要用两把叉子把面条从碗里捞出来。很显然把叉子换成筷子会更合理,所以:一个哲学家需要两根筷子才能吃饭。

现在引入问题的关键:这些哲学家很穷,只买得起五根筷子。他们坐成一圈,两个人的中间放一根筷子。哲学家吃饭的时候必须同时得到左手边和右手边的筷子。如果他身边的任何一位正在使用筷子,那他只有等着。

假设哲学家的编号是A、B、C、D、E,筷子编号是1、2、3、4、5,哲学家和筷子围成一圈如下图所示:

图 35.2. 哲学家问题

哲学家问题

每个哲学家都是一个单独的线程,每个线程循环做以下动作:思考rand()%10秒,然后先拿左手边的筷子再拿右手边的筷子(筷子这种资源可以用mutex表示),有任何一边拿不到就一直等着,全拿到就吃饭rand()%10秒,然后放下筷子。

编写程序仿真哲学家就餐的场景:

Philosopher A fetches chopstick 5
Philosopher B fetches chopstick 1
Philosopher B fetches chopstick 2
Philosopher D fetches chopstick 3
Philosopher B releases chopsticks 1 2
Philosopher A fetches chopstick 1
Philosopher C fetches chopstick 2
Philosopher A releases chopsticks 5 1
...

分析一下,这个过程有没有可能产生死锁?调用usleep(3)函数可以实现微秒级的延时,试着用usleep(3)加快仿真的速度,看能不能观察到死锁现象。然后修改上述算法避免产生死锁。