开启掘金成长之旅！这是我参与「掘金日新计划 · 12 月更文挑战」的第20天，点击查看活动详情 这也是第25篇文章

哲学家就餐问题（互斥访问有限资源的竞争问题）

问题描述

一群哲学家围在圆桌前，不是思考就是吃饭。他们每人左手边放着一把刀，右手边放着一把叉（有的模型也说筷子之类）。当一个哲学家开始吃饭的时候，他得首先拿起右边的叉，然后拿起左边的刀。如果他拿起了叉，但得不到刀，就又会放下刀，等候一会儿后再次尝试。

• 问题：当所有哲学家都同时拿起右边的叉时，当他们都想拿起左边的刀就都会失败；当他们都放下右边的叉并再次尝试时，相同的情况还是会发生。最终都忙着拿叉放叉，但吃不上饭。
• 一个解决思路：关键在于“等候时间”，只要让他们等待的不等（错开）就可以了。
• 隐患：但还是不能保证绝对没有意外，，而有些情况是绝对不能容许意外的，比如核电站管理。

信号量解法

#define N 5
#define LEFT (i+N-1)%N
#define RIGHT (i+1)%N
#define THINKING 0
#define HUNGRY 1
#define EATING 2
#define TRUE 1
typedef int semaphore;
int state[N];//每位哲学家的状态
semaphore mutex=1;//临界区的互斥
semaphore s[N];//每个哲学家一个信号量

void philosopher(int i){
    while(TRUE) ;//一直坐在桌边
}

void take_forks(int i){
    down(&mutex);//进入临界区
    state[i]=HUNGRY;
    test(i);//尝试获取两把叉子
    up(&mutex);//离开临界区
    down(&s[i]);//如果得不到叉子会阻塞
}

void put_forks(int i){
    down(&mutex);
    state[i]=THINKING;
    test(LEFT);
    test(RIGHT);
    up(&mutex);
}

void test(int i){
    if(state[i]==HUNGRY&&state[LEFT]!=EATING&&state[RIGHT]!=EATING){
        state[i]=EATING;
        up(&s[i]);//和take_forks里的down(&s[i])对应
    }
}

读者-写者问题

问题描述

该问题常被用于数据库建模。多个读者可以同时访问数据内容，但是当有写者在写入的时候，读者访问到的数据是不准确的（由此引出了脏读，幻读，不可重复读等问题），所以数据库课程告诉我们，有写者访问时应该上锁，访问完了再解除锁。

• 问题：上述只是最理想最简单的情况，但实际情况远要复杂得多，而且在高并发、大数据之类的场景下，频繁加锁是性能极低且不现实的。
• 解决方案：有一个同样很基础的、原理性的方案，是用信号量。虽然同样是实现互斥，但是开销比实现锁要小。

代码

以下是一个读者优先的方案。（不过也有可能造成写者饥饿，稍加修改可改写为写者优先）

#define TRUE 1
typedef int semaphore;

semaphore mutex=1;//互斥访问"读进程数"
semaphore db=1;
int rc=0;//读进程数

void reader(){
    while(TRUE){
        down(&mutex);
        rc+=1;
        if(rc==1) down(&db);//第一个读者对db down,其他只是改变rc
        up(&mutex);//释放对rc的互斥访问
        read_data_base();
        down(&mutex);
        rc-=1;

        if(rc==0) up(&db);//尾进程up db,首位呼应，便于写进程重获db
        up(&mutex);
        use_data_read();
    }
}

void writer(){
    while(TRUE){
        think_up_data();
        down(&db); //如果一个进程在写db，其他进程都不能访问该进程
        write_data_base();
        up(&db);
    }
}