對計(jì)算機(jī)考研操作系統(tǒng)考點(diǎn)還不熟悉的同學(xué)們趕緊看過來吧！小編以“哲學(xué)家進(jìn)餐問題”為例，為大家整理了有關(guān)2024計(jì)算機(jī)考研操作系統(tǒng)考點(diǎn)的內(nèi)容，具體如下：
2024計(jì)算機(jī)考研操作系統(tǒng)高頻考點(diǎn)“哲學(xué)家進(jìn)餐問題”
　　一、哲學(xué)家進(jìn)餐問題
　　哲學(xué)家進(jìn)餐問題是典型的同步問題。該問題是描述有五個(gè)哲學(xué)家共用一張圓桌，分別坐在周圍的五張椅子上，在圓桌上有五只筷子分別放在哲學(xué)家左右，他們的生活方式是交替地進(jìn)行思考和進(jìn)餐。平時(shí)，一個(gè)哲學(xué)家進(jìn)行思考，饑餓時(shí)便試圖取用其左右最靠近他的筷子，只有在他拿到兩只筷子時(shí)才能進(jìn)餐。進(jìn)餐完畢，放下筷子繼續(xù)思考。
　　經(jīng)分析可知，哲學(xué)家進(jìn)餐問題是一個(gè)并發(fā)控制問題，要求多個(gè)進(jìn)程之間分配多個(gè)資源且不會(huì)出現(xiàn)死鎖或饑餓問題。放在桌子上的筷子是臨界資源，在一段時(shí)間內(nèi)只允許一位哲學(xué)家使用。為了實(shí)現(xiàn)對筷子的互斥使用，可以用一個(gè)信號(hào)量表示一只筷子，由這五個(gè)信號(hào)量構(gòu)成信號(hào)量數(shù)組。其描述如下：
　　semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1};//信號(hào)量初始化
　　所有信號(hào)量均被初始化為1,第i位哲學(xué)家的活動(dòng)可描述為：
　　Pi(){//第i位哲學(xué)家進(jìn)程
　　while(1){
　　wait(chopstick<i>);//取左手筷子
　　wait(chopstick[(i+1)%5]);//取右手筷子
　　……//進(jìn)餐
　　signal(chopstick<i>);//放回左手筷子
　　signal(chopstick[(i+1)%5]);//放回右手筷子
　　……}//思考
　　}
　　在以上描述中，當(dāng)哲學(xué)家饑餓時(shí)，總是先去拿他左邊的筷子，執(zhí)行wait(chopstick<i>);成功后，再去拿他右邊的筷子，即執(zhí)行wait(chopstick[(i+1)%5]);又成功后便可進(jìn)餐。進(jìn)餐完畢，又先放下他左邊的筷子，然后再放右邊的筷子。
　　雖然，上述解法可保證不會(huì)有兩個(gè)相鄰的哲學(xué)家同時(shí)進(jìn)餐，但有可能引起死鎖。假如五位哲學(xué)家同時(shí)饑餓而各自拿起左邊的筷子時(shí)，就會(huì)使五個(gè)信號(hào)量chopstick均為0;當(dāng)他們再試圖去拿右邊的筷子時(shí)，都將因無筷子可拿而無限期地等待。對于這樣的死鎖問題，可采取以下幾種解決方法：
　　(1)僅當(dāng)哲學(xué)家的左、右兩只筷子均可用時(shí)，才允許他進(jìn)餐。
　　(2)至多只允許有四位哲學(xué)家同時(shí)去拿左邊的筷子，最終能保證至少有一位哲學(xué)家能夠進(jìn)餐，并在用畢時(shí)能釋放出他用過的兩只筷子，從而使更多的哲學(xué)家能夠進(jìn)餐。
　　(3)規(guī)定奇數(shù)號(hào)哲學(xué)家先拿他左邊的筷子，然后再去拿右邊的筷子，而偶數(shù)號(hào)哲學(xué)家則相反。
　　僅當(dāng)哲學(xué)家的左、右兩只筷子均可用時(shí)，才允許他進(jìn)餐，哲學(xué)家進(jìn)餐問題的算法描述如下：
　　semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1};
　　semaphore mutex=1;//臨界區(qū)互斥信號(hào)量
　　do{
　　wait(mutex);
　　wait(chopstick<i>);
　　wait(chopstick[(i+1)%5]);
　　signal(mutex);
　　……//eat;
　　signal(chopstick<i>);
　　signal(chopstick[(i+1)%5]);
　　……//think;
　　}while(TRUE);
　　二、相關(guān)試題
　　(2019-43)有n(n≥3)位哲學(xué)家圍坐在一張圓桌邊，每位哲學(xué)家交替地就餐和思考。在圓桌中心有m(m≥1)個(gè)碗，每兩位哲學(xué)家之間有1根筷子。每位哲學(xué)家必須取到一個(gè)碗和兩側(cè)的筷子之后，才能就餐，進(jìn)餐完畢，將碗和筷子放回原位，并繼續(xù)思考。為使盡可能多的哲學(xué)家同時(shí)就餐，且防止出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象，請使用信號(hào)量的P、V操作(wait()、signal()操作)描述上述過程中的互斥與同步，并說明所用信號(hào)量及初值的含義。
　　三、參考答案
　　解析：
　　semaphore bowl;//用于協(xié)調(diào)哲學(xué)家對碗的使用
　　semaphore chopsticks[n];//用于協(xié)調(diào)哲學(xué)家對筷子的使用
　　for(int i=0;i
　　chopsticks<i>.value=1;//設(shè)置兩個(gè)哲學(xué)家之間筷子的數(shù)量
　　bowl.value=min(n-1,m);//bowl.value≤n-1，確保不死鎖
　　CoBegin
　　while(TRUE){//哲學(xué)家i的程序
　　思考;
　　P(bowl);//取碗
　　P(chopsticks<i>)//取左邊鎮(zhèn)子
　　P(chopsticks[(i+1)MOD n]);//取右邊筷子
　　就餐;
　　V(chopsticks<i>):
　　V(chopsticks[(i+1)MOD n]);
　　V(bowl);
　　}
　　Coend
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