C语言实现哲学家就餐问题：使用P、V原语解决死锁

使用C语言编程实现P、V原语，并用P、V原语描述哲学家就餐问题

问题描述：

5个哲学家围着圆桌坐，全体到达后开始讨论：在讨论的间隙哲学家进餐，每人进餐时都需使用一双筷子，所有哲学家左右手筷子都拿到后才能进餐。哲学家的人数、餐桌上的布置自行设定，实现筷子的互斥使用算法的程序实现。

要求：

用5个进程表示5位哲学家，为每个哲学家各编一段程序描述他们的行为，试用P、V操作实现。2. 用一个父进程实现创建5个哲学家的子进程。3. 哲学家的进餐过程不可以出现死锁现象。4. 用两种不同的方法解决该问题，写出算法并实现。

方法一：使用信号量实现P、V原语c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <sys/sem.h>

#define N 5 // 哲学家的数量

// 定义信号量操作的结构体struct sembuf P = {0, -1, SEM_UNDO};struct sembuf V = {0, 1, SEM_UNDO};

// 定义信号量的标识符int semid;

// 初始化信号量void init_semaphore() { semid = semget(IPC_PRIVATE, 1, 0666 | IPC_CREAT); semctl(semid, 0, SETVAL, 1);}

// P操作void sem_P() { semop(semid, &P, 1);}

// V操作void sem_V() { semop(semid, &V, 1);}

// 哲学家进餐函数void dining(int philosopher) { int left = philosopher; int right = (philosopher + 1) % N;

// 模拟进餐过程    printf('哲学家 %d 正在思考...

', philosopher); sleep(rand() % 3 + 1);

// 申请左手筷子    sem_P();    printf('哲学家 %d 拿到左手筷子...

', philosopher);

// 申请右手筷子    sem_P();    printf('哲学家 %d 拿到右手筷子...

', philosopher);

// 进餐    printf('哲学家 %d 正在进餐...

', philosopher); sleep(rand() % 3 + 1);

// 放下左手筷子    sem_V();    printf('哲学家 %d 放下左手筷子...

', philosopher);

// 放下右手筷子    sem_V();    printf('哲学家 %d 放下右手筷子...

', philosopher);}

int main() { // 初始化信号量 init_semaphore();

// 创建5个子进程表示5位哲学家    for (int i = 0; i < N; i++) {        pid_t pid = fork();        if (pid < 0) {            printf('进程创建失败

'); exit(1); } else if (pid == 0) { // 子进程调用哲学家进餐函数 dining(i); exit(0); } }

// 等待子进程结束    for (int i = 0; i < N; i++) {        wait(NULL);    }

// 删除信号量    semctl(semid, 0, IPC_RMID);

return 0;}

方法二：使用互斥锁实现P、V原语c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>

#define N 5 // 哲学家的数量

// 定义互斥锁pthread_mutex_t chopsticks[N];

// 哲学家进餐函数void* dining(void* arg) { int philosopher = (int)arg; int left = philosopher; int right = (philosopher + 1) % N;

// 模拟进餐过程    printf('哲学家 %d 正在思考...

', philosopher); sleep(rand() % 3 + 1);

// 申请左手筷子    pthread_mutex_lock(&chopsticks[left]);    printf('哲学家 %d 拿到左手筷子...

', philosopher);

// 申请右手筷子    pthread_mutex_lock(&chopsticks[right]);    printf('哲学家 %d 拿到右手筷子...

', philosopher);

// 进餐    printf('哲学家 %d 正在进餐...

', philosopher); sleep(rand() % 3 + 1);

// 放下左手筷子    pthread_mutex_unlock(&chopsticks[left]);    printf('哲学家 %d 放下左手筷子...

', philosopher);

// 放下右手筷子    pthread_mutex_unlock(&chopsticks[right]);    printf('哲学家 %d 放下右手筷子...

', philosopher);

return NULL;}

int main() { // 初始化互斥锁 for (int i = 0; i < N; i++) { pthread_mutex_init(&chopsticks[i], NULL); }

// 创建5个线程表示5位哲学家    pthread_t philosophers[N];    int philosopher_ids[N];    for (int i = 0; i < N; i++) {        philosopher_ids[i] = i;        pthread_create(&philosophers[i], NULL, dining, (void*)&philosopher_ids[i]);    }

// 等待线程结束    for (int i = 0; i < N; i++) {        pthread_join(philosophers[i], NULL);    }

// 销毁互斥锁    for (int i = 0; i < N; i++) {        pthread_mutex_destroy(&chopsticks[i]);    }

return 0;}

总结：

本文通过两种方法实现了哲学家就餐问题，并分别使用了信号量和互斥锁来避免死锁。信号量适用于进程间的同步，而互斥锁则适用于线程间的同步。在实际应用中，选择合适的同步机制取决于具体的需求