首先說一下什麼是哲學家進餐問題，這是操作系統課程中一個經典的同步問題，
問題如下：如上圖，有6個哲學家和6根筷子(那個藍色部分表示哲學家，那個紫色長條部分表示筷子)，他們分別被編了0~5的號！如果某個哲學家想要進餐的話，必須同時拿起左手和右手邊的兩根筷子才能進餐！哲學家進餐完畢之後，就放下手中拿起的兩根筷子！這樣其他哲學家就能拿這些筷子進餐了！
OK，這樣就可能存在一個死鎖問題，比如0號哲學家拿了0號筷子，1號哲學家拿了1號筷子！如此往復，最終的結果就是每個哲學家都只拿了1根筷子，每個人都無法進餐，同時也無法放下手中的筷子！這樣就產生了死鎖！
那麼死鎖該如何解決呢？很簡單，就是根據哲學家的編號！如果是偶數號的哲學家，則先拿右手邊筷子（小的號），再拿左手邊的筷子（大的號）。而奇數號的哲學家則剛好相反！這樣，就不會出現每個哲學家都只拿了一根筷子的情況出現了！
具體程序如何實現呢？代碼如下：
1 /* 說明，本程序是為了模擬實現哲學家進餐的問題，一共有6個哲學家和6根筷子
2 */
3 #include<stdio.h>
4 #include<string.h>
5 #include<stdlib.h>
6 #include<unistd.h>
7 #include<errno.h>
8 #include<pthread.h>
9
10 #define B_SIZE 4096
11 #define NUM_P 6
12
13 typedef struct phi
14 {
15 pthread_mutex_t chopsticks[NUM_P]; //五根筷子
16 int num; //哲學家的編號
17 pthread_mutex_t num_lock; //哲學家編號的鎖
18 }Phi,*PPhi;
19 void * tfunc(void *arg)
20 {
21 PPhi sp = (PPhi)arg;
22 int phi_num;
23 int next_num;
24
25 /*讀取哲學家的編號*/
26 phi_num = sp->num;
27 pthread_mutex_unlock(&sp->num_lock);
28 printf("No.%d philosopher has comed\n",phi_num);
29 /*下一根筷子*/
30 next_num= phi_num+1>=NUM_P?phi_num+1-NUM_P:phi_num+1;
31
32 sleep(5); //所有線程統一睡眠5S，來等待其他線程創建完成
33
34 if(phi_num%2 == 1) //奇數號先拿大的，再拿小的
35 {
36 pthread_mutex_lock(&(sp->chopsticks[next_num]));
37 //printf("No.%d philosopher lock the No.%d chopstick\n",phi_num,next_num);
38 pthread_mutex_lock(&(sp->chopsticks[phi_num]));
39 //printf("No.%d philosopher lock the No.%d chopstick\n",phi_num,phi_num);
40
41 printf("No.%d philosopher has eated!\n",phi_num);
42
43 pthread_mutex_unlock(&(sp->chopsticks[next_num]));
44 //printf("No.%d philosopher unlock the No.%d chopstick\n",phi_num,next_num);
45 pthread_mutex_unlock(&(sp->chopsticks[phi_num]));
46 //printf("No.%d philosopher unlock the No.%d chopstick\n",phi_num,phi_num);
47 }
48 else //偶數號先拿小的，再拿大的
49 {
50 pthread_mutex_lock(&(sp->chopsticks[phi_num]));
51 //printf("No.%d philosopher lock the No.%d chopstick\n",phi_num,phi_num);
52 pthread_mutex_lock(&(sp->chopsticks[next_num]));
53 //printf("No.%d philosopher lock the No.%d chopstick\n",phi_num,next_num);
54
55 printf("No.%d philosopher has eated!\n",phi_num);
56
57 pthread_mutex_unlock(&(sp->chopsticks[phi_num]));
58 //printf("No.%d philosopher unlock the No.%d chopstick\n",phi_num,phi_num);
59 pthread_mutex_unlock(&(sp->chopsticks[next_num]));
60 //printf("No.%d philosopher unlock the No.%d chopstick\n",phi_num,next_num);
61 }
62
63 return (void*)0;
64 }
65 int main(int argc,char *argv[])
66 {
67 int err;
68 pthread_t tid[NUM_P];
69 char buf_err[B_SIZE]; //用於保存錯誤信息
70 void *retv; //子線程的返回值
71 Phi phis;
72
73 for(int loop=0;loop<NUM_P;loop++)
74 {
75 /*設置哲學家的編號*/
76 pthread_mutex_lock(&phis.num_lock);
77 phis.num = loop;
78
79 /*創建子線程當作哲學家*/
80 err = pthread_create(&tid[loop],NULL,tfunc,&phis);
81 if(0 != err)
82 {
83 memset(buf_err,0,B_SIZE);
84 sprintf(buf_err,"[create]:%s\n",strerror(err));
85 fputs(buf_err,stderr);
86 exit(EXIT_FAILURE);
87 }
88 }
89
90 for(int loop=0;loop<NUM_P;loop++)
91 {
92 err = pthread_join(tid[loop],&retv);
93 if(0 != err)
94 {
95 memset(buf_err,0,B_SIZE);
96 sprintf(buf_err,"[join]:%s\n",strerror(err));
97 fputs(buf_err,stderr);
98 exit(EXIT_FAILURE);
99 }
100
101 printf("Main:thread return the value: %d\n",(int)retv);
102 }
103
104 return 0;
105 }
在上面的程序中，我創建了一個結構體PHI！其中，chopsticks是定義的五個互斥鎖，用來表示5根筷子！num變量用來表示哲學家的編號，而那個num_lock表示對哲學家編號進行一個鎖定，這個為什麼要這麼設置，隨後會講到！
首先講主程序，就是創建NUM_P個子線程用來表示這麼多個哲學家！在子線程裡面，需要根據哲學家編號的奇偶性來選擇不同的拿筷子的方法！這就需要傳一個哲學家編號給這個子線程！通過什麼傳呢，就是PHI結構體中的num變量！這裡我們會碰到一個問題！就是如果在主線程裡面設置了num，隨後就創建了子線程，但是子線程還沒來得及讀出這個num的值，主線程已經開始了下一次的循環，那麼很有可能導致子線程讀到的num值並不是我們想要讓它讀到的！所以這裡就用到了num_lock這個鎖，主線程寫了num的值後，就把num_lock這個鎖給鎖定，然後子線程讀到num的之後，才把num_lock這個鎖給解鎖，然後主線程才能進行下一次循環！這樣就可以確保子線程讀到的編號就是我們想要給他傳的編號！
在子線程裡面，我首先輸出一句"No.%d philosopher has comed\n"，表示某個子線程已經創建好了！然後就讓這個線程睡眠5S，等待其他子線程創建完畢（這個其實不需要的，但是我感覺得讓哲學家們大致是一起開始吃飯的麼。。。^_~）！然後就照著上面那個思路，偶數號的哲學家先拿右手邊筷子，再拿左手邊筷子，奇數號哲學家則正好相反！這樣就能避免死鎖了！
還有一個問題就是我在子線程裡面定義的這個next_num這個變量，這個用來表示哲學家拿的下一根筷子的值，因為最大編號的那個哲學家的下一根筷子是第0號筷子，所以我這裡用了一個if判斷來分辨！
最後程序的運行結果如下：
OK，就是這些了！希望能夠對學習操作系統的朋友們產生一些幫助！
