1、实验原理

由Dijkstra提出并解决的哲学家进餐问题(The Dinning Philosophers Problem)是典型的同步问题。该问题是描述有五个哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围的五张椅子上，在圆桌上有五个碗和五只筷子，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐。平时，一个哲学家进行思考，饥饿时便试图取用其左右最靠近他的筷子，只有在他拿到两只筷子时才能进餐。进餐完毕，放下筷子继续思考。

2、实验内容

显示出每个哲学家的工作状态，如吃饭，思考。连续运行30次以上都未出现死锁现象。

3、代码部分

3.1 重要代码展示

重要代码展示：
（1）初始化int型数组ID[NUM]标识线程ID号，用于后续传参；初始化信号量数组sem_chopsticks[NUM]模拟五根筷子；初始化信号量sem_eaters=4，用来控制同时可拿起筷子的最大人数。

int ID[NUM]={0,1,2,3,4};
sem_t sem_chopsticks[NUM];
sem_t sem_eaters;
sem_init(&sem_eaters,0,NUM-1)

（2）线程的例程处理函数，先等待信号量sem_eaters,再等待信号量sem_chopsticks[pthread_id]，这两个信号量不为零说明此时同时拿起筷子的人数小于4，且该哲学家编号相同的筷子（记为左筷子）可以被拿起，所以拿起左子，然后等待右筷子sem_chopsticks[pthread_id+1]信号量，拿到右筷子后便可以进餐，随机释放上述三个信号量。

void philosopher(void * ptid){int pthread_id = *(int *)ptid%NUM;printf("%d philosopher is thinking...\n",(int)pthread_id);sem_wait(&sem_eaters);sem_wait(&sem_chopsticks[pthread_id]);printf("%d philosopher takes chopstick %d...\n",(int)pthread_id,(int)pthread_id);sem_wait(&sem_chopsticks[(pthread_id+1)%NUM]);printf("%d philosopher takes chopstick %d...\n",(int)pthread_id,((int)pthread_id+1)%NUM);
printf("%d philosopher is eating, %d philosopher had already dined.\n",(int)pthread_id,eaters_num);sem_post(&sem_chopsticks[(pthread_id+1)%NUM]);sem_post(&sem_chopsticks[pthread_id]);sem_post(&sem_eaters);eaters_num++;printf("%d philosopher had dined, by now %d philosopher had already dined.\n",(int)pthread_id,eaters_num);}

（3）循环创建5个线程模拟五位哲学家，线程例子程函数为philosopher，并传入参数ID[i]标识线程的ID。

pthread_t philosopher_threads[NUM];sem_signal_init();for ( i= 0; i < NUM; i++) {printf("%d times\n",i);if (pthread_create(&philosopher_threads[i], NULL, (void *)&philosopher,&ID[i]) != 0){perror("oops:pthread_create error!");exit(1);}

3.2 源码

#include <unistd.h>
#include "pthread.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "semaphore.h"#define NUM 5
int ID[NUM]={0,1,2,3,4};
sem_t sem_chopsticks[NUM];
sem_t sem_eaters;
int eaters_num=0;
void sem_signal_init(){int i;for (i=0; i<NUM; i++){if (sem_init(&sem_chopsticks[i],0,1) == -1){perror("oops:em_init error!");exit(1);}}if (sem_init(&sem_eaters,0,NUM-1) == -1){perror("oops:em_init error!");exit(1);}
}void philosopher(void * ptid){int pthread_id = *(int *)ptid%NUM;printf("%d philosopher is thinking...\n",(int)pthread_id);sem_wait(&sem_eaters);sem_wait(&sem_chopsticks[pthread_id]);printf("%d philosopher takes chopstick %d...\n",(int)pthread_id,(int)pthread_id);sem_wait(&sem_chopsticks[(pthread_id+1)%NUM]);printf("%d philosopher takes chopstick %d...\n",(int)pthread_id,((int)pthread_id+1)%NUM);printf("%d philosopher is eating, %d philosopher had already dined.\n",(int)pthread_id,eaters_num);sem_post(&sem_chopsticks[(pthread_id+1)%NUM]);sem_post(&sem_chopsticks[pthread_id]);sem_post(&sem_eaters);eaters_num++;printf("%d philosopher had dined, by now %d philosopher had already dined.\n",(int)pthread_id,eaters_num);}int main(){int i,l,j,k;for (l = 0; l < 1000; ++l) {printf("**********************%d times try ******************************",l+1);pthread_t philosopher_threads[NUM];sem_signal_init();for ( i= 0; i < NUM; i++) {printf("%d times\n",i);if (pthread_create(&philosopher_threads[i], NULL, (void *)&philosopher,&ID[i]) != 0){perror("oops:pthread_create error!");exit(1);}}for ( j = 0; j < NUM; j++) {pthread_join(philosopher_threads[j], NULL);}sem_destroy(&sem_eaters);for (k = 0; k < NUM ; ++k) {sem_destroy(&sem_chopsticks[k]);}eaters_num = 0;
//        sleep(2);}return 0;
}

3.3 运行结果展示

本程序用五个线程模拟五位哲学家，用五个sem_t型信号量模拟五根筷子（临界资源），解题的思想是：每次让每位哲学家优先拿起自己左边的筷子，并限制最多有四个人同时拿起筷子，从而避免了死锁情况，该程序模拟五个哲学家进餐一次的情况，并重复模拟了1000次以上来检验是否出现死锁情况，经检验程序运行正常，没有出现死锁状况，上述图片仅展示了第1次和第1000次的情况。

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