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Potterluo/Dining-Philosophers-Problem

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哲学家就餐问题课程设计

示例说明

编程语言:C++ 录屏软件:EV录屏 测试环境: Windows 10 1909Visual Stdio 2019; Easyx图形库 说明:

  • 大圆表示餐桌,

  • 小圆表示哲学家,

  • 直线表示筷子

  • 小圆:绿色为思考状态,

  • 红色饥饿状态,

  • 黄色吃饭状态

  • 直线:有表示没被拿起,无表示被拿起

演示图片

问题解析

哲学家就餐问题(Dining Philosophers Problem)是一个经典的并发算法问题,由荷兰计算机科学家艾兹格·迪科斯彻(Edsger W. Dijkstra)在1965年提出。这个问题用来描述在并发计算中资源分配和死锁问题。 问题描述如下: 假设有五位哲学家围坐在一张圆桌旁,每位哲学家面前有一盘食物和一根筷子。由于哲学家们要么在思考,要么在吃饭,所以他们需要两根筷子才能就餐。桌上的筷子是有限的,正好与哲学家数量相同。 问题在于如何设计一个算法,使得每位哲学家都能够交替地进行思考和吃饭,而不会出现以下情况:

  1. 死锁:所有哲学家都同时拿起他们左边的筷子,然后等待右边的筷子,导致每个人都无法继续吃饭,系统陷入停滞。
  2. 饥饿:某个哲学家永远拿不到筷子,因此永远无法吃饭。

解决哲学家就餐问题有多种策略:

  1. 资源分级:将筷子编号,规定哲学家必须先拿起编号较小的筷子,然后再尝试拿起编号较大的筷子。这样可以避免所有哲学家同时等待同一根筷子的情况。
  2. 最多允许四个哲学家同时拿筷子:通过限制同时拿筷子的哲学家数量,确保至少有一位哲学家可以吃饭,从而避免死锁。
  3. 服务员模式:引入一个服务员角色,只有当服务员允许时,哲学家才能拿起筷子。服务员可以确保不会出现所有哲学家同时拿起筷子的情况。
  4. 尝试等待策略:哲学家尝试拿筷子,如果拿不到,就放下已经拿起的筷子,等待一段时间后重试。 这个问题在计算机科学中非常有名,因为它揭示了并发编程中资源共享和同步的复杂性。解决哲学家就餐问题的策略被广泛应用于操作系统的进程调度、资源分配和同步机制设计中,以避免死锁和资源饥饿问题。

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