Linux 多线程同步之哲学家用餐问题分析
有五个哲学家公用一张餐桌,分别坐在周围的五张椅子上,在餐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用餐。平时,一个哲学家进行思考,饥饿时便试图拿取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。思路:选用互斥锁mutex,如创建5个, pthread_mutex_t m[5];模型抽象:5个哲学家 --> 5个线程;5支筷子 -
有五个哲学家公用一张餐桌,分别坐在周围的五张椅子上,在餐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用餐。平时,一个哲学家进行思考,饥饿时便试图拿取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。
思路:
选用互斥锁mutex,如创建5个, pthread_mutex_t m[5];
模型抽象:
5个哲学家 --> 5个线程; 5支筷子 --> 5把互斥锁 int left(左手), right(右手)
5个哲学家使用相同的逻辑,可通用一个线程主函数,void *tfn(void *arg),使用参数来表示线程编号:int i = (int)arg;
哲学家线程根据编号知道自己是第几个哲学家,而后选定锁,锁住,吃饭。否则哲学家thinking。
A B C D E
5支筷子,在逻辑上形成环: 0 1 2 3 4 分别对应5个哲学家:
所以有:
if(i == 4)
left = i, right = 0;
else
left = i, right = i+1;
振荡:如果每个人都攥着自己左手的锁,尝试去拿右手锁,拿不到则将锁释放。过会儿五个人又同时再攥着左手锁尝试拿右手锁,依然拿不到。如此往复形成另外一种极端死锁的现象——振荡。
避免振荡现象:只需5个人中,任意一个人,拿锁的方向与其他人相逆即可(如:E,原来:左:4,右:0 现在:左:0, 右:4)。
所以以上if else语句应改为:
if(i == 4)
left = 0, right = i;
else
left = i, right = i+1;
而后, 首先应让哲学家尝试加左手锁:
while {
pthread_mutex_lock(&m[left]); 如果加锁成功,函数返回再加右手锁,
如果失败,应立即释放左手锁,等待。
若,左右手都加锁成功 --> 吃 --> 吃完 --> 释放锁(应先释放右手、再释放左手,是加锁顺序的逆序)
}
主线程(main)中,初始化5把锁,销毁5把锁,创建5个线程(并将i传递给线程主函数),回收5个线程。
避免死锁的方法:
1. 当得不到所有所需资源时,放弃已经获得的资源,等待。
2. 保证资源的获取顺序,要求每个线程获取资源的顺序一致。如:A获取顺序1、2、3;B顺序应也是1、2、3。若B为3、2、1则易出现死锁现象。
代码:
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<stdlib.h>
pthread_mutex_t chopstick[5]; //5把锁,也就是5根筷子。
void*tfn(void *arg)
{
int i = (int)arg;
int left,right; //左右筷子的编号。
if(i == 4)
{
left = 0;
right = i;
}
else
{
left = i;
right = i+1;
}
while(1)
{
sleep(1); //思考
pthread_mutex_lock(&chopstick[left]); //拿到左手的筷子。
printf("philosopher %d fetches chopstick %d\n",i,left);
if(pthread_mutex_trylock(&chopstick[right]) != 0 )//拿右手的筷子失败
{
pthread_mutex_unlock(&chopstick[left]); //右手筷子被拿走,放下左手的筷子。
continue;
}
printf("philosopher %d fetches chopstick %d\n",i,right);
printf("philosopher %d is eating.\n",i);
sleep(2); //吃饭
pthread_mutex_unlock(&chopstick[right]); //放下右手的筷子。
printf("philosopher %d release chopstick %d\n",i,right);
pthread_mutex_unlock(&chopstick[left]); //放下右手的筷子。
printf("philosopher %d release chopstick %d\n",i,left);
}
}
int main()
{
pthread_t tid[5]; //5个哲学家
int i ;
for(i = 0; i < 5; ++i)
{
pthread_mutex_init(&chopstick[i],NULL);
pthread_create(&tid[i],NULL,tfn,(void*)i);
}
for( i = 0; i < 5; ++i)
{
pthread_join(tid[i],NULL);
}
return 0;
}
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