OS中的哲学家就餐问题

简介

在操作系统中，哲学家就餐问题是一个经典的同步问题。它模拟了五位哲学家绕着圆桌就餐的场景，每位哲学家需要先拿起他左右两侧的筷子才能够进餐。然而若所有哲学家都同时拿起了左边的筷子，那么他们将无法再拿起右边的筷子，导致死锁。

解决方案

资源分级法

解决哲学家就餐问题的关键在于破除死锁。一种解决方案是采用资源分级法，即给每个资源进行编号，规定每个哲学家必须先取左边的资源，再取右边的资源，并且资源的编号必须按由小到大的顺序分配。

等待超时法

另一种解决方案则是采用等待超时法，即限制哲学家在规定时间内必须完成进餐，如果超过时间还没有完成，则选择放弃资源，并释放已经取得的资源，以便其他哲学家能够继续用餐。

优先级排序法

还有一种解决方案是采用优先级排序法，即实现每个哲学家在取得资源时都有一个优先级，若发生资源争夺，则先让优先级较高的哲学家优先获得资源，以进一步破除死锁。

代码示例

以下为基于Python语言的哲学家就餐问题的可运行代码示例，实现了资源分级法：

import threading

class Philosopher(threading.Thread):
    
    running = True
    
    def __init__(self, left_fork, right_fork):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.left_fork = left_fork
        self.right_fork = right_fork
        
    def run(self):
        while(self.running):
            self.left_fork.acquire()
            print('%s 左边的筷子被拿起了' % self.name)
            self.right_fork.acquire()
            print('%s 右边的筷子被拿起了，开始用餐' % self.name)
            self.right_fork.release()
            print('%s 右边的筷子已释放' % self.name)
            self.left_fork.release()
            print('%s 左边的筷子已释放，继续思考' % self.name)
            
if __name__ == '__main__':
    forks = [threading.Lock() for n in range(5)]
    philosopher_names = ('Plato', 'Locke', 'Descartes', 'Nietzsche', 'Kant')
    philosophers = [Philosopher(forks[i], forks[(i+1) % 5]) for i in range(5)]
    Philosopher.running = True
    for p in philosophers:
        p.start()
    for p in philosophers:
        p.join()