哲學家進餐問題

哲學家進餐問題：
（一）問題：
5個哲學家圍坐在一個圓桌上，每兩個哲學家之間都有一隻筷子，哲學家平時進行思考，只有當他們饑餓時，才拿起筷子吃飯。
規定每個哲學家只能先取其左邊筷子，然後取其右邊筷子，然後才可以吃飯。

（二）分析：
每一隻筷子都是一個臨界資源，設定5個互斥訊號量。
Semaphore stcik[5]={1,1,1,1,1}

因為：只有佔有左邊筷子-》佔有右邊筷子-》吃飯
所以p(左邊筷子)-》p(右邊筷子)-》吃飯

（三）實現：
main(){
 philosopher(0);//注意不可以用迴圈，因為此中是4個並列的進程。
 philosopher(1);
 philosopher(2);
 philosopher(3);
 philosopher(4);
}

philosopher(int i){
 while(1){
  思考；
  p(stick[i]);//取左邊筷子
  p(stick[i+1]);//取右邊筷子

  進餐；
  V(stick[i]);
  v(stick[i+1]);
 }
}

（四）問題：
如果5個哲學家同時拿起自己左邊的筷子，就會發生死結。

（五）防止死結的方法：

（1）方法一：
規定在拿到左側的筷子後，先檢查右面的筷子是否可用。如果不可用，則先放下左側筷子， 等一段時間再重複整個過程。

問題：發生饑餓現象；
如果同時拿起左邊筷子，則右邊的筷子都不可用，則放下，然後再次拿起，。。。，則誰都無法就餐，

（2）方法二：
最多允許四個哲學家同時進餐,以保證至少有一個哲學家能夠進餐,最終總會釋
放出他所使用過的兩支筷子,從而可使更多的哲學家進餐。

偽碼：
semaphore chopstick[5]={1，1，1，1，1};
semaphore room=4;
void philosopher(int i)
{
while(true)
{
think();
wait(room); //請求進入房間進餐
wait(chopstick[i]); //請求左手邊的筷子
wait(chopstick[(i+1)%5]); //請求右手邊的筷子
eat();
signal(chopstick[(i+1)%5]); //釋放右手邊的筷子
signal(chopstick[i]); //釋放左手邊的筷子
signal(room); //退出房間釋放訊號量room
}
}

（3）將拿左筷子，與拿右筷子當做一個原子操作：（即只有當左右筷子均可以拿到時，才拿筷子。）

方法一：
利用AND 型訊號量機制實現：根據課程講述，在一個原語中，將一段代碼同時需
要的多個臨界資源，要麼全部分配給它，要麼一個都不分配，因此不會出現死結的情形。

偽碼：
semaphore chopstick[5]={1，1，1，1，1};
void philosopher(int I)
{
while(true)
{
think();
P(chopstick[(I+1)]%5,chopstick[I]);
eat();
V(chopstick[(I+1)]%5,chopstick[I]);
}
}

方法二：
利用訊號量的保護機制實現。通過訊號量mutex對eat（）之前的取左側和右側筷
子的操作進行保護，使之成為一個原子操作，這樣可以防止死結的出現。

偽碼：
semaphore mutex = 1 ;
semaphore chopstick[5]={1，1，1，1，1};
void philosopher(int I)
{
while(true)
{
think();
P(mutex);
P(chopstick[(I+1)]%5);
P(chopstick[I]);
V(mutex);

eat();
V(chopstick[(I+1)]%5);
V(chopstick[I]);
}
} 

（4）規定奇數號的哲學家先拿起他左邊的筷子，然後再去拿他右邊的筷子;而偶數號 的哲學家則相反。
偽碼：
semaphore chopstick[5]={1，1，1，1，1};
void philosopher(int i)
{
while(true)
{
think();
if(i%2 == 0) //偶數哲學家，先右後左。
{
P (chopstick[ i + 1 ] mod 5) ;
P (chopstick[ i]) ;
eat();
V (chopstick[ i + 1 ] mod 5) ;
V (chopstick[ i]) ;
}
Else //奇數哲學家，先左後右。
{
p (chopstick[ i]) ;
p (chopstick[ i + 1 ] mod 5) ;
eat();
V (chopstick[ i]) ;
V (chopstick[ i + 1 ] mod 5) ;
}
}