目标

哲学家进餐是操作系统课程的典型PV操作问题。通过此问题学习：
1.熟悉Linux平台的基本编程
2.在Linux平台上通过系统调用使用线程、互斥量机制以及信号量机制等进行编程

哲学家进餐问题

内容：在Unix系统下实现哲学家就餐问题：要求显示出每个哲学家的工作状态，如吃饭，思考；连续运行30次以上都未出现死锁现象。

由Dijkstra提出并解决的哲学家进餐问题(The Dinning Philosophers Problem)是典型的同步问题。该问题是描述有五个哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围的五张椅子上，在圆桌上有五个碗和五只筷子，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐。平时，一个哲学家进行思考，饥饿时便试图取用其左右最靠近他的筷子，只有在他拿到两只筷子时才能进餐。进餐完毕，放下筷子继续思考。

解决思路

放在桌子上的筷子是临界资源，在一段时间内只允许一位哲学家使用，为了实现对筷子的互斥访问，可以用一个信号量表示筷子，由这五个信号量构成信号量数组。
下面展示一些 内联代码片。

semaphore chopstick[5] = {1,1,1,1,1};
while(true)
{/*当哲学家饥饿时，总是先拿左边的筷子，再拿右边的筷子*/wait(chopstick[i]);wait(chopstick[(i+1)%5]);// 吃饭/*当哲学家进餐完成后，总是先放下左边的筷子，再放下右边的筷子*/signal(chopstick[i]);signal(chopstick[(i+1)%5]);
}

上述的代码可以保证不会有两个相邻的哲学家同时进餐，但却可能引起死锁的情况。假如五位哲学家同时饥饿而都拿起的左边的筷子，就会使五个信号量chopstick都为0，当他们试图去拿右手边的筷子时，都将无筷子而陷入无限期的等待。
拿起拿起筷子操作导致死锁的原因：

• 筷子需要互斥访问
• 任务无法抢占其他任务已经拿起的筷子
• 任务拿起筷子直到进餐完毕后才放下
• 圆桌导致可能出现循环等待

预防死锁的实现方法1：破坏“请求和保持条件”（作为参考，不以此实现）
任务如果无法同时拿起两支筷子，则放下已经拿起的筷子，等待一段时间再尝试
利用POSIX API中的非阻塞操作实现对能否拿起筷子的判断
pthread_mutex_trylock操作（非阻塞加锁）
sem_trywait操作（非阻塞P操作）
XSI信号量集中设置IPC_NOWAIT参数（非阻塞V操作）
预防死锁的实现方法2：破坏“循环等待条件”
对哲学家编号，奇偶号哲学家拿起筷子的顺序不同
避免死锁的实现方法
再创建一个任务，哲学家拿起筷子时向该任务发起申请，由该任务对当前筷子的分配情况进行判断，判定系统是否由安全状态向不安全状态转换，从而允许或拒绝该次申请

设计与实现

主线程

哲学家进餐线程

拿起筷子和放下筷子的操作如何实现：
筷子是临界资源，拿起筷子操作就哲学家（不同任务）之间是对临界资源的互斥访问，放下筷子就是对临界资源的释放，在Linux中可以通过多种机制来实现：
互斥量（加锁，解锁），适用于线程
POSIX信号量（P操作，V操作），无名信号量适用于线程，命名信号量适用于进程/线程
XSI信号量集（P操作，V操作），同时适用于进程与线程。