哲学家进餐问题--Linux下实现进程间的通信

问题描述：

五个哲学家围坐在一张圆桌，每个人面前都有一份食物，一共只有五个筷子（本来是叉子，可我觉得相比叉子而言，筷子才是没有办法只用一支就可以进餐的吧~），如下图所示（图片来源于百度）。

哲学家有三个状态：
1. 思考（thinking）
2. 饥饿（hungry）
3. 进餐（eating）
只有在同时拿到两支筷子的时候，哲学家才可以开始进餐。

这个问题可能出现的情况就是：每个人手上都拿着一支筷子，而每个人又在等别人放下筷子，这种持有并等待的状态便称为死锁。

如何避免死锁：

解决这个问题的方法有很多，我所知道的有三种：

1. 最多只允许人数比筷子数量少1的哲学家一起进餐。这样，就能保证永远至少有一个人可以进餐，而不会造成死锁。

2. 按顺序给每个哲学家编号，规定奇数号哲学家先拿左边筷子，后拿右边筷子，偶数号哲学家则相反。则1、2号哲学家竞争1号筷子，3、4号哲学家竞争3号筷子，即都先竞争奇数号筷子，获得后再竞争偶数号筷子，最后总有一位哲学家能获得两支筷子而进餐。

3. 当哲学家饥饿时，只有当两支筷子都可供使用的时候，他才可以拿起筷子进餐，即当只有一支的情况下不能拿起筷子。

而本博客实现的就是第三种方法

代码如下：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define DELAY (rand() % 5 + 1)
union semun
{
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};

int wait_chopstick(int no, int semid)//等待筷子空闲
{
    struct sembuf left = {no, -1, 0};//左筷子
    struct sembuf right = {(no+1)%5, -1, 0};//右筷子
    int lr,rr;
    lr = semop(semid, &left, 1);//左筷子是否空闲
    rr = semop(semid, &right, 1);//右筷子是否空闲
    if(lr != -1 && rr != -1)//如果两支筷子都空闲
        return 1;
    struct sembuf putl = {no, 1, 0};//左筷子
    struct sembuf putr = {(no+1)%5, 1, 0};//右筷子
    //到这步，如果前面的条件不满足，
    //意味着有筷子不是空闲，那么需要把已经拿起的筷子放下
    if(lr != -1)//若拿起了左筷子
        semop(semid, &putl, 1);//放下
    if(rr != -1)//若拿起了右筷子
        semop(semid, &putr, 1);//放下
    return 0;
}
void put_chopstick(int no, int semid)//放下筷子
{
    struct sembuf putl = {no, 1, 0};//左筷子
    struct sembuf putr = {(no+1)%5, 1, 0};//右筷子
    semop(semid, &putl, 1);//放下左筷子
    semop(semid, &putr, 1);//放下右筷子
}

void philosophere(int no, int semid)
{
    srand(getpid());
    for(;;)
    {
        printf("%d is thinking\n",no);
        sleep(DELAY);
        printf("%d is hungry\n",no);
        while(wait_chopstick(no,semid)==0);
        //如果一直没有拿到两支筷子，则会一直处于饥饿状态，即无法跳出此循环
        printf("%d is eating\n",no);
        sleep(DELAY);
        put_chopstick(no,semid);
    }
}

int main()
{
    int semid;
    semid = semget(IPC_PRIVATE, 5, IPC_CREAT | 0666);
    if(semid < 0)
      exit(EXIT_FAILURE);
    union semun su;
    su.val = 1;
    int i;
    for(i = 0;i < 5;i++)
        semctl(semid, i, SETVAL, su);
    int num = 0;//从0开始，开启0~4的五个进程
    pid_t pid;
    for(i = 1;i < 5;i++)
    {
        pid = fork();
        if(pid<0)
            exit(EXIT_FAILURE);
        if(pid==0)
        {
            num=i;
            break;
        }
    }
    philosophere(num,semid);
    return 0;
}//Mic_H--2019-06-23

程序的运行结果如下：

其实有一个更简便的方法，就是用AND信号量实现筷子的拿放，即尝试能否同时拿起筷子，如果可行，哲学家就可以开始进餐。

关于用AND信号量的方法，可以参考此博客：

使用AND信号量解决哲学家进餐问题

而关于Linux中的信号量使用，可以参考此博客：

Linux信号量详解

如若发现代码有什么问题，欢迎在评论区留言反馈~~非常感谢！

此博客为原创内容，转载请附上博客链接：https://blog.csdn.net/qq_41759198/article/details/93380223