下载文档原格式
哲学家问题解决死锁的方法(一)哲学家问题解决死锁引言哲学家问题是一个典型的并发编程问题，它涉及到五位哲学家围坐在一张圆桌旁，每人面前有一盘饭和一只叉子。
哲学家的生活有两种状态：思考和进餐。
每个哲学家进餐时需要两只叉子，但是一次只能拿起一只，在他左右两边的哲学家也需要使用叉子。
这个问题的挑战在于如何避免死锁的发生。
方法一：使用死锁避免算法使用死锁避免算法是一种解决哲学家问题的常见方法。
该算法的基本思想是通过限制某些哲学家的进餐行为，以避免产生死锁。
1.限制偶数编号的哲学家先拿左手边的叉子，再拿右手边的叉子。
2.限制奇数编号的哲学家先拿右手边的叉子，再拿左手边的叉子。
3.对于哲学家的进餐过程，需要先检查叉子的可用性，如果叉子被其他哲学家使用，则等待。
方法二：使用资源分级策略资源分级策略是另一种解决哲学家问题的方法，它通过划分资源的优先级来避免死锁的发生。
1.将五只叉子按照优先级从高到低排序。
2.每个哲学家在进餐前需要先请求相应优先级的叉子。
3.偶数编号的哲学家优先请求左手边的叉子，再请求右手边的叉子。
4.奇数编号的哲学家优先请求右手边的叉子，再请求左手边的叉子。
方法三：使用资源分配策略资源分配策略是一种更加灵活的解决哲学家问题的方法，它通过动态分配资源来避免死锁。
1.创建一个共享的资源管理器，用于管理叉子的分配和释放。
2.每个哲学家在进餐前向资源管理器请求两只叉子。
3.资源管理器根据当前可用的叉子数量进行分配。
4.当一个哲学家进餐结束后，释放叉子，并通知资源管理器。
结论哲学家问题是一个复杂的并发编程问题，需要谨慎设计解决方案以避免死锁的发生。
通过使用死锁避免算法、资源分级策略和资源分配策略等方法，可以有效地解决哲学家问题，并保证系统的稳定性和高效性。
在实际应用中，可以根据具体需求选择适合的方法来解决死锁问题。
哲学家问题解决方法
哲学家问题是一个经典的并发编程问题，旨在解决多个哲学家共享有限资源
（如餐桌上的筷子）时可能发生的死锁情况。
在这个问题中，哲学家们围坐在一张圆桌旁，每个哲学家面前都有一只餐具桌子上有一定数量的筷子，而每个哲学家需要同时拿到两只筷子才能进食。
如果每个哲学家都试图先拿起同一边的筷子，那么就会造成死锁，导致每个哲学家都无法进食。
针对哲学家问题，有几种解决方法如下：
1.资源分级：通过给每个筷子分配唯一的编号，并规定哲学家只能按照编号递
增的顺序拿起筷子，可以有效避免死锁的出现。
在这种方法中，第一个哲学家先尝试拿起编号较小的筷子，如果成功则继续拿起编号较大的筷子，否则放下已拿起的筷子并等待。
其他哲学家按照相同顺序进行操作。
2.资源互斥：使用互斥锁（mutex）来确保同时只有一个哲学家能够拿起一对
筷子。
当一个哲学家准备进食时，他必须先尝试获得左边的筷子，如果成功则再尝试获得右边的筷子，反之则释放已拿起的筷子。
这种方法可以避免死锁情况的发生。
3.资源剥夺：在一段时间内限制某个哲学家可以进食的次数，使得其他哲学家
有机会获得筷子进食。
例如，当一个哲学家成功拿起筷子后，可以设置一个计时器，在超过一定时间未释放筷子时，系统强制将筷子夺取回来让其他哲学家使用。
这种方法可以避免某个哲学家长时间占用筷子，导致其他哲学家无法进食的情况。
总之，针对哲学家问题的解决方法主要包括资源分级、资源互斥和资源剥夺。
通过合理的设计和策略，我们可以解决哲学家问题，确保哲学家们能够公平地共享资源，避免死锁的发生。
哲学家进餐问题(操作系统)哲学家进餐问题（操作系统）1. 引言文档概述：在操作系统领域，哲学家进餐问题是一个经典的并发控制问题。
该问题模拟了五位哲学家围坐在一张圆桌旁，每个哲学家面前放置着一碗面和一只叉子。
哲学家在思考和进餐之间切换，但是他们必须分享叉子来进行进餐。
然而，如果每个哲学家都同时拿起右边的叉子，就会出现死锁的情况。
因此，设计一个合理的算法来解决这个问题是非常重要的。
2. 问题描述2.1 哲学家和叉子在该问题中，有五位哲学家分别编号为 P1、P2、P3、P4、P5，以及五只叉子，编号为 F1、F2、F3、F4、F5.每个哲学家在思考时不会使用叉子，而在进餐时需要使用相邻两只叉子。
2.2 运行过程哲学家的运行过程根据以下步骤进行：- 当一个哲学家饿了后，他会尝试获取左边和右边的叉子。
- 如果两只叉子都可用，哲学家就会进餐，并在完成后释放叉子。
- 否则，哲学家需要等待其他哲学家释放叉子。
3. 解决方案为了解决哲学家进餐问题，我们可以采用以下方法之一：3.1 资源分级分配算法该算法将叉子分为左叉子和右叉子，每个哲学家只能同时拿起左叉子和右叉子。
通过约定哲学家只能按照一定顺序拿起叉子，可以避免死锁的发生。
3.2 资源分级分配算法的伪代码：```acquire_forks(left_fork_id, right_fork_id) {if (left_fork_id < right_fork_id) {acquire(left_fork_id);acquire(right_fork_id);} else {acquire(right_fork_id);acquire(left_fork_id);}}release_forks(left_fork_id, right_fork_id) { release(left_fork_id);release(right_fork_id);}philosopher(id) {while (true) {think();acquire_forks(id, (id + 1) % 5);eat();release_forks(id, (id + 1) % 5);}}```4. 附件本文档不涉及附件。
死锁—哲学家吃饭问题由于线程能被阻塞，更由于synchronized方法能阻止其它线程访问本对象，因此有可能会出现如下这种情况：线程一在等线程二(释放某个对象)，线程二又在等线程三，这样依次排下去直到有个线程在等线程一。
这样就形成了一个环，每个线程都在等对方释放资源，而它们谁都不能运行。
这就是所谓的死锁(deadlock)。
如果程序一运行就死锁，那倒也简单了。
你可以马上着手解决这个问题。
但真正的麻烦在于，程序看上去能正常运行，但是却潜伏着会引起死锁的隐患。
或许你认为这里根本就不可能会有死锁，而bug 也就这样潜伏下来了。
直到有一天，让某个用户给撞上了(而且这种bug还很可能是不可重复的)。
所以对并发编程来说，防止死锁是设计阶段的一个重要任务。
下面我们来看看由Dijkstra发现的经典的死锁场景：哲学家吃饭问题。
原版的故事里有五个哲学家(不过我们的例程里允许有任意数量)。
这些哲学家们只做两件事，思考和吃饭。
他们思考的时候，不需要任何共享资源，但是吃饭的时候，就必须坐到餐桌旁。
餐桌上的餐具是有限的。
原版的故事里，餐具是叉子，吃饭的时候要用两把叉子把面条从碗里捞出来。
但是很明显，把叉子换成筷子会更合理，所以：一个哲学家需要两根筷子才能吃饭。
现在引入问题的关键：这些哲学家很穷，只买得起五根筷子。
他们坐成一圈，两个人的中间放一根筷子。
哲学家吃饭的时候必须同时得到左手边和右手边的筷子。
如果他身边的任何一位正在使用筷子，那他只有等着。
这个问题之所以有趣就在于，它演示了这么一个程序，它看上去似乎能正常运行，但是却容易引起死锁。
你可以自己试试，用命令行参数调节哲学家的数量和思考的时间。
如果有很多哲学家，而且/或者他们思考的时间很长，或许你永远也碰不到死锁，但是死锁的可能性总还是在的。
默认的命令行参数会让它很快地死锁：//: c13:DiningPhilosophers.java// Demonstrates how deadlock can be hidden in a program.// {Args: 5 0 deadlock 4}import java.util.*;class Chopstick {private static int counter = 0;private int number = counter++;public String toString() {return"Chopstick " + number;}}class Philosopher extends Thread {private static Random rand = new Random();private static int counter = 0;private int number = counter++;private Chopstick leftChopstick;private Chopstick rightChopstick;static int ponder = 0; // Package accesspublic Philosopher(Chopstick left, Chopstick right) {leftChopstick = left;rightChopstick = right;start();}public void think() {System.out.println(this + " thinking");if(ponder > 0)try {sleep(rand.nextInt(ponder));} catch(InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}public void eat() {synchronized(leftChopstick) {System.out.println(this + " has "+ this.leftChopstick + " Waiting for "+ this.rightChopstick);synchronized(rightChopstick) {System.out.println(this + " eating");}}}public String toString() {return"Philosopher " + number;}public void run() {while(true) {think();eat();}}}public class DiningPhilosophers {public static void main(String[] args) {if(args.length < 3) {System.err.println("usage:\n" +"java DiningPhilosophers numberOfPhilosophers " +"ponderFactor deadlock timeout\n" +"A nonzero ponderFactor will generate a random " +"sleep time during think().\n" +"If deadlock is not the string " +"'deadlock', the program will not deadlock.\n" +"A nonzero timeout will stop the program after " +"that number of seconds.");System.exit(1);}Philosopher[] philosopher =new Philosopher[Integer.parseInt(args[0])];Philosopher.ponder = Integer.parseInt(args[1]);Chopstickleft = new Chopstick(),right = new Chopstick(),first = left;int i = 0;while(i < philosopher.length - 1) {philosopher[i++] =new Philosopher(left, right);left = right;right = new Chopstick();}if(args[2].equals("deadlock"))philosopher[i] = new Philosopher(left, first);else// Swapping values prevents deadlock:philosopher[i] = new Philosopher(first, left);// Optionally break out of program:if(args.length >= 4) {int delay = Integer.parseInt(args[3]);if(delay != 0)new Timeout(delay * 1000, "Timed out");}}} ///:~Chopstick和Philosopher都包含一个能自动递增的static counter。
哲学家进餐问题-3中解决⽅案问题描述⼀张圆桌上坐着5名哲学家，每两个哲学家之间的桌上摆⼀根筷⼦，桌⼦的中间是⼀碗⽶饭，如图2-10所⽰。
哲学家们倾注毕⽣精⼒⽤于思考和进餐，哲学家在思考时，并不影响他⼈。
只有当哲学家饥饿的时候，才试图拿起左、右两根筷⼦（⼀根⼀根地拿起）。
如果筷⼦已在他⼈⼿上，则需等待。
饥饿的哲学家只有同时拿到了两根筷⼦才可以开始进餐，当进餐完毕后，放下筷⼦继续思考。
问题分析1) 关系分析。
5名哲学家与左右邻居对其中间筷⼦的访问是互斥关系。
2) 整理思路。
显然这⾥有五个进程。
本题的关键是如何让⼀个哲学家拿到左右两个筷⼦⽽不造成死锁或者饥饿现象。
那么解决⽅法有两个，⼀个是让他们同时拿两个筷⼦；⼆是对每个哲学家的动作制定规则，避免饥饿或者死锁现象的发⽣。
⼀共５个哲学家，编号0 ~4, ５⽀筷⼦编号也是0 ~4, 0号哲学家右⼿的筷⼦编号是0号,逆时针增加,哲学家的编号也是逆时针增加所以:0号哲学家对应的是: 4号和1号筷⼦.1号哲学家对应的是: 0号和2号筷⼦.2号哲学家对应的是: 1号和3号筷⼦.3号哲学家对应的是: 2号和4号筷⼦.4号哲学家对应的是: 3号和0号筷⼦.所以有宏定义:#define left(phi_id) (phi_id+N-1)%N#define right(phi_id) (phi_id+1)%NN = 55⽀筷⼦对应５个互斥锁,所以:pthread_mutex_t forks[N]={PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER};哲学家线程需要执⾏的动作是：void take_forks(int id){//获取左右两边的筷⼦printf("Pil[%d], left[%d], right[%d]\n", id, left(id), right(id));pthread_mutex_lock(&forks[left(id)]);pthread_mutex_lock(&forks[right(id)]);//printf("philosopher[%d] take_forks...\n", id);}void put_down_forks(int id){printf("philosopher[%d] is put_down_forks...\n", id);pthread_mutex_unlock(&forks[left(id)]);pthread_mutex_unlock(&forks[right(id)]);}void* philosopher_work(void *arg){int id = *(int*)arg;printf("philosopher init [%d] \n", id);while(1){thinking(id);take_forks(id);eating(id);put_down_forks(id);}}该算法存在以下问题：当五个哲学家都想要进餐，分别拿起他们左边筷⼦的时候（都恰好执⾏完pthread_mutex_unlock(&forks[left(id)]);）筷⼦已经被拿光了，等到他们再想拿右边的筷⼦的时候（执⾏pthread_mutex_unlock(&forks[right(id)]);)就全被阻塞了，这就出现了死锁。
利⽤AND信号量机制解决哲学家进餐问题哲学家就餐问题是1965年由Dijkstra提出的⼀种线程同步的问题。
问题描述：⼀圆桌前坐着5位哲学家，两个⼈中间有⼀只筷⼦，桌⼦中央有⾯条。
哲学家思考问题，当饿了的时候拿起左右两只筷⼦吃饭，必须拿到两只筷⼦才能吃饭。
上述问题会产⽣死锁的情况，当5个哲学家都拿起⾃⼰右⼿边的筷⼦，准备拿左⼿边的筷⼦时产⽣死锁现象。
解决办法： 1、添加⼀个服务⽣，只有当经过服务⽣同意之后才能拿筷⼦，服务⽣负责避免死锁发⽣。
2、每个哲学家必须确定⾃⼰左右⼿的筷⼦都可⽤的时候，才能同时拿起两只筷⼦进餐，吃完之后同时放下两只筷⼦。
3、规定每个哲学家拿筷⼦时必须拿序号⼩的那只，这样最后⼀位未拿到筷⼦的哲学家只剩下序号⼤的那只筷⼦，不能拿起，剩下的这只筷⼦就可以被其他哲学家使⽤，避免了死锁。
这种情况不能很好的利⽤资源。
package操作系统;class Philosopher extends Thread {private String name;private Fork fork;public Philosopher(String name, Fork fork) {super(); = name;this.fork = fork;}@Overridepublic void run() {thinking();fork.takeFork();eating();fork.putFork();}void eating() {System.out.println("I'm eating " + name);try {sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}void thinking() {System.out.println("I'm thinking" + name);try {sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}}class Fork {boolean[] used = { false, false, false, false, false };synchronized void takeFork() {String threadName = Thread.currentThread().getName();String name = threadName.substring(threadName.length()-1, threadName.length());int i = Integer.parseInt(name);while (used[i] || used[(i + 1) % 5]) {try {wait();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}used[i] = true;used[(i + 1) % 5] = true;}synchronized void putFork() {String threadName = Thread.currentThread().getName();String name = threadName.substring(threadName.length()-1, threadName.length());int i = Integer.parseInt(name);used[i] = false;used[(i + 1) % 5] = false;notifyAll();}}public class哲学家就餐问题 {public static void main(String[] args) {Fork fork = new Fork();new Philosopher("1", fork).start();new Philosopher("2", fork).start();;new Philosopher("3", fork).start();;new Philosopher("4", fork).start();;new Philosopher("5", fork).start();;}}执⾏结果I'm thinking1I'm thinking3I'm thinking2I'm thinking4I'm thinking5I'm eating 1I'm eating 3I'm eating 5I'm eating 2I'm eating 4。
哲学家就餐问题是计算机科学中一个经典的同步问题，它描述了五位哲学家围坐在圆桌前就餐，每位哲学家必须先拿起右边的餐具再拿起左边的餐具，但每次只能有一位哲学家拿起餐具就餐。
这个问题的关键在于如何避免死锁，即所有哲学家都拿起了右边的餐具，然后等待拿左边餐具的哲学家放下右边的餐具。
为了解决这个问题，计算机科学家提出了三种思路。
第一种思路是引入一个“服务生”，服务生负责给哲学家提供餐具，每次只允许一个哲学家向服务生请求餐具，这样就可以避免死锁。
然而，这种方法可能会引入新的竞争条件，服务生可能会成为新的瓶颈，从而降低系统的效率。
第二种思路是引入资源分级，为了避免死锁，可以给每个哲学家的餐具加上编号，要求哲学家先拿编号较小的餐具，再拿编号较大的餐具。
这样就可以避免死锁，但是可能会增加系统的复杂性，需要管理更多的资源状态。
第三种思路是破坏死锁的四个必要条件之一。
死锁发生的四个必要条件分别是互斥、请求并持有、不可剥夺和循环等待。
为了避免死锁，可以破坏其中一个或多个条件。
可以引入超时机制，当哲学家拿到一个餐具后，一定时间内没有获得另一个餐具，就放下手中的餐具，避免形成循环等待。
这种方法可以在不增加系统复杂性的情况下有效地解决死锁问题。
在我看来，这三种思路各有优缺点，要根据具体的场景和需求选择合适的方法。
不同的问题可能需要采用不同的思路来解决，需要权衡各种因素来做出最佳的决策。
哲学家就餐问题是一个充满哲学思考的经典问题，它不仅考察了计算机科学中的同步与互斥问题，更可以引发我们对于资源分配、竞争条件和系统设计的深入思考。
通过对哲学家就餐问题的深入理解，我们可以更加灵活地运用不同的思路解决实际中的问题，让我们的系统更加健壮和高效。
结语：通过对哲学家就餐问题的深入探讨，我们可以发现在计算机科学中，解决死锁问题有很多种思路，每种思路都有其独特的优缺点。
只有充分理解这些思路并根据具体情况做出权衡，才能更好地解决实际中遇到的死锁问题。
哲学家就餐问题的算法实现哲学家就餐问题是一个经典的并发计算问题，描述了五个哲学家围坐在一张圆桌前，每个人面前有一碟食物，并且每两个哲学家之间共享一只叉子。
每个哲学家可以执行两个操作：思考和就餐。
当一个哲学家就餐时，他需要同时拿起他的左右两只叉子，并且在就餐完毕后放下叉子。
这个问题的难点在于如何解决可能出现的死锁情况，即每个哲学家都拿起了自己左边的叉子，然后都在等待右边的叉子。
为了避免死锁，需要设计一个算法来保证每个哲学家都能够正确地就餐。
以下是一个可能的解决方案，称为"资源分级"算法：1. 为每个哲学家设计一个状态变量，并初始化为"思考"状态。
2. 每个叉子也有一个状态变量，初始状态为"可用"。
3. 当一个哲学家想要就餐时，他必须拿起他的左右两只叉子。
但是如果有一只或两只叉子已经被其他哲学家持有，他必须等待。
4. 当一个哲学家拿起了他的左右两只叉子时，他可以开始就餐，并将状态变量更新为"就餐"状态。
5. 当一个哲学家就餐完毕后，他将叉子放回桌子上，并将状态变量更新为"思考"状态。
6. 如果一个哲学家发现无法同时拿到他的左右两只叉子，他需要先放下已经持有的叉子，并将状态变量更新为"等待"状态。
然后他等待其他哲学家释放叉子的资源，并尝试再次拿起他的左右两只叉子。
以上是一个简单的"资源分级"算法，可以避免死锁的发生。
但是这个算法可能会导致一些哲学家始终处于等待状态，无法实现公平性。
为了解决这个问题，可以使用更复杂的算法，如Chandy/Misra解法或Dijkstra解法，这些算法可以实现更公平的资源分配。
总结起来，哲学家就餐问题是一个经典的并发计算问题，可能会引发死锁情况。
通过设计合理的算法，如"资源分级"算法或更复杂的解法，可以解决这个问题并保证公平性。
哲学家进餐问题5 个不讲卫生的哲学家围绕一张圆桌而坐，桌子上放着5 支筷子，每两个哲学家之间放一支；哲学家的动作包括思考和进餐，进餐时需要同时拿起他左边和右边的两支筷子，思考时则同时将两支筷子放回原处。
解法一：semaphore Fork[4]={0,1,2,3,4};philosopher_i(){Thinking;Being hungry;P(Fork[i mod 5]);P(Fork[(i + 1) mod 5]);Eating;V(Fork[i mod 5]);V(Fork[(i + 1) mod 5]);}这种解法存在问题，会导致死锁，假如5 个哲学家同时饥饿而各自拿左边的筷子时，会导致5 个筷子的信号量均为0，当他们试图拿右边的筷子时，都将因没有筷子而无限等待。
对于这种死锁问题，可以采用以下几种解决方法：1）仅当哲学家的左右筷子均可用时，才允许其进餐。
（即用AND 信号量机制解决）解法如下：Semaphore array[5]={1,1,1,1,1};Philosopher_i() //i=0,1,2,3,4{While(ture){Think;Sswait(chopstick[(i+1)mod5],chopstick[i]);Eat;Ssignal(chopstick[(i+1)mod5],chopstick[i]);}}2）规定奇数号哲学家先拿左边筷子，然后拿右边筷子；而偶数号哲学家相反。
解法如下：semaphore c[5]={1,1,1,1,1}; 初值均为1；philosopher_i() //i=0,1,2,3,4{If(i mod 2 != 0) //判断是否为奇数号哲学家{ //若为奇数号哲学家先拿左边筷子P(c[i]);P(c[i + 1] mod 5);Eating;V(c[i]);V(c[i + 1] mod 5);}else //若为偶数号哲学家先拿右边筷子{P(c[i + 1] mod 5);P(c[i]);Eating;V(c[i + 1] mod 5);V(c[i]);}}关于解决信号量问题的解题思路：主要是看看进程等的信号和要发出的信号是什么，理清思路。
