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利用Linux下的pthread_mutex_t类型来实现哲学家进餐问题
首先说一下什么是哲学家进餐问题，这是操作系统课程中一个经典的同步问题，
问题如下：如上图，有6个哲学家和6根筷子(那个蓝色部分表示哲学家，那个紫色长条部分表示筷子)，他们分别被编了0~5的号！如果某个哲学家想要进餐的话，必须同时拿起左手和右手边的两根筷子才能进餐！哲学家进餐完毕之后，就放下手中拿起的两根筷子！这样其他哲学家就能拿这些筷子进餐了！注意这个哲学家的个数必须是偶数个！
OK，这样就可能存在一个死锁问题，比如0号哲学家拿了0号筷子，1号哲学家拿了1号筷子！如此往复，最终的结果就是每个哲学家都只拿了1根筷子，每个人都无法进餐，同时也无法放下手中的筷子！这样就产生了死锁！
那么死锁该如何解决呢？很简单，就是根据哲学家的编号！如果是偶数号的哲学家，则先拿右手边筷子（小的号），再拿左手边的筷子（大的号）。而奇数号的哲学家则刚好相反！这样，就不会出现每个哲学家都只拿了一根筷子的情况出现了！
具体程序如何实现呢？代码如下：
1 /* 说明，本程序是为了模拟实现哲学家进餐的问题，一共有6个哲学家和6根筷子 2 */ 3 #include<stdio.h> 4 #include<string.h> 5 #include<stdlib.h> 6 #include<unistd.h> 7 #include<errno.h> 8 #include<pthread.h> 9 10 #define B_SIZE 4096 11 #define NUM_P 6 12 13 typedef struct phi 14 { 15 pthread_mutex_t chopsticks[NUM_P]; //五根筷子 16 int num; //哲学家的编号 17 pthread_mutex_t num_lock; //哲学家编号的锁 18 }Phi,*PPhi; 19 void * tfunc(void *arg) 20 { 21 PPhi sp = (PPhi)arg; 22 int phi_num; 23 int next_num; 24 25 /*读取哲学家的编号*/ 26 phi_num = sp->num; 27 pthread_mutex_unlock(&sp->num_lock); 28 printf("No.%d philosopher has comed\n",phi_num); 29 /*下一根筷子*/ 30 next_num= phi_num+1>=NUM_P?phi_num+1-NUM_P:phi_num+1; 31 32 sleep(5); //所有线程统一睡眠5S，来等待其他线程创建完成 33 34 if(phi_num%2 == 1) //奇数号先拿大的，再拿小的 35 { 36 pthread_mutex_lock(&(sp->chopsticks[next_num])); 37 //printf("No.%d philosopher lock the No.%d chopstick\n",phi_num,next_num); 38 pthread_mutex_lock(&(sp->chopsticks[phi_num])); 39 //printf("No.%d philosopher lock the No.%d chopstick\n",phi_num,phi_num); 40 41 printf("No.%d philosopher has eated!\n",phi_num); 42 43 pthread_mutex_unlock(&(sp->chopsticks[next_num])); 44 //printf("No.%d philosopher unlock the No.%d chopstick\n",phi_num,next_num); 45 pthread_mutex_unlock(&(sp->chopsticks[phi_num])); 46 //printf("No.%d philosopher unlock the No.%d chopstick\n",phi_num,phi_num); 47 } 48 else //偶数号先拿小的，再拿大的 49 { 50 pthread_mutex_lock(&(sp->chopsticks[phi_num])); 51 //printf("No.%d philosopher lock the No.%d chopstick\n",phi_num,phi_num); 52 pthread_mutex_lock(&(sp->chopsticks[next_num])); 53 //printf("No.%d philosopher lock the No.%d chopstick\n",phi_num,next_num); 54 55 printf("No.%d philosopher has eated!\n",phi_num); 56 57 pthread_mutex_unlock(&(sp->chopsticks[phi_num])); 58 //printf("No.%d philosopher unlock the No.%d chopstick\n",phi_num,phi_num); 59 pthread_mutex_unlock(&(sp->chopsticks[next_num])); 60 //printf("No.%d philosopher unlock the No.%d chopstick\n",phi_num,next_num); 61 } 62 63 return (void*)0; 64 } 65 int main(int argc,char *argv[]) 66 { 67 int err; 68 pthread_t tid[NUM_P]; 69 char buf_err[B_SIZE]; //用于保存错误信息 70 void *retv; //子线程的返回值 71 Phi phis; 72 73 for(int loop=0;loop<NUM_P;loop++) 74 { 75 /*设置哲学家的编号*/ 76 pthread_mutex_lock(&phis.num_lock); 77 phis.num = loop; 78 79 /*创建子线程当作哲学家*/ 80 err = pthread_create(&tid[loop],NULL,tfunc,&phis); 81 if(0 != err) 82 { 83 memset(buf_err,0,B_SIZE); 84 sprintf(buf_err,"[create]:%s\n",strerror(err)); 85 fputs(buf_err,stderr); 86 exit(EXIT_FAILURE); 87 } 88 } 89 90 for(int loop=0;loop<NUM_P;loop++) 91 { 92 err = pthread_join(tid[loop],&retv); 93 if(0 != err) 94 { 95 memset(buf_err,0,B_SIZE); 96 sprintf(buf_err,"[join]:%s\n",strerror(err)); 97 fputs(buf_err,stderr); 98 exit(EXIT_FAILURE); 99 }100 101 printf("Main:thread return the value: %d\n",(int)retv);102 }103 104 return 0;105 }
在上面的程序中，我创建了一个结构体PHI！其中，chopsticks是定义的五个互斥锁，用来表示5根筷子！num变量用来表示哲学家的编号，而那个num_lock表示对哲学家编号进行一个锁定，这个为什么要这么设置，随后会讲到！
首先讲主程序，就是创建NUM_P个子线程用来表示这么多个哲学家！在子线程里面，需要根据哲学家编号的奇偶性来选择不同的拿筷子的方法！这就需要传一个哲学家编号给这个子线程！通过什么传呢，就是PHI结构体中的num变量！这里我们会碰到一个问题！就是如果在主线程里面设置了num，随后就创建了子线程，但是子线程还没来得及读出这个num的值，主线程已经开始了下一次的循环，那么很有可能导致子线程读到的num值并不是我们想要让它读到的！所以这里就用到了num_lock这个锁，主线程写了num的值后，就把num_lock这个锁给锁定，然后子线程读到num的之后，才把num_lock这个锁给解锁，然后主线程才能进行下一次循环！这样就可以确保子线程读到的编号就是我们想要给他传的编号！
在子线程里面，我首先输出一句"No.%d philosopher has comed\n"，表示某个子线程已经创建好了！然后就让这个线程睡眠5S，等待其他子线程创建完毕（这个其实不需要的，但是我感觉得让哲学家们大致是一起开始吃饭的么。。。^_~）！然后就照着上面那个思路，偶数号的哲学家先拿右手边筷子，再拿左手边筷子，奇数号哲学家则正好相反！这样就能避免死锁了！
还有一个问题就是我在子线程里面定义的这个next_num这个变量，这个用来表示哲学家拿的下一根筷子的值，因为最大编号的那个哲学家的下一根筷子是第0号筷子，所以我这里用了一个if判断来分辨！
最后程序的运行结果如下：
OK，就是这些了！希望能够对学习操作系统的朋友们产生一些帮助！
利用Linux下的pthread_mutex_t类型来实现哲学家进餐问题