经典的IPC问题
Inter-Process Communication的缩写，含义是进程间通信，是指两个进程间交换数据的过程。
哲学家进餐问题
概述
- 哲学家进餐/思考
- 进餐需要两把叉子
- 每次拿一把叉子
- 如何预防死锁
问题简介
哲学家的生活包括两个不同的阶段：吃饭和思考
当一个哲学家觉得饿时，他就试图去取他左边和右边的叉子，每次拿一把，但是部分次序，如果成功地获得了两把叉子，他就吃一会儿，然后放下叉子继续思考。
关键的问题就是：为每个哲学家写一段程序来描述其行为而且不能思索，你可以做到吗？
一种不正确的解法
#define N 5 //哲学家的数目
void philosopher(int i) { //i是哲学家的编号，从0到4
while (true) {
think(); //哲学家正在思考
take_fork(i); //取左边的叉子
take_fork((i + 1) % N); //取右面叉子：%表示取模运算
eat(); //空心粉味道不错
put_fork(i); //把左面叉子放回桌子
put_fork((i + 1) % N) //把右面叉子放回桌子
}
}
但是当所有哲学家同时拿起左边的叉子，无法得到右边的叉子——死锁
程序稍作修改：所有的哲学家都同时拿起左叉，看到右叉不可用，又都放下左叉，等一会儿，又同时拿起左叉，如此这般，永远重复。对于这种情况，即所有的程序都在无限期地运行，但是都无法取得任何进展，就成为饥饿（starvation）。
对上例算法可做一点改进，它既不会死锁也不会饥饿：即，使用一个二进制信号量对五个think之后的语句进行保护。在开始拿叉子之前，哲学家先对信号量mutex执行down操作。在放回叉子后，他要对mutex执行up操作。
从理论上讲，该解法是可行的。但是从实力角度来看，有性能上的缺陷：任意时刻只能有一个哲学家进餐。而五把叉子实际上允许有两位哲学将同时进餐。
解法
#define N 5 /* 哲学家数目 */
#define LEFT (i+N-1)%N /* i的左邻编号 */
#define RIGHT (i+1)%N /* i的右邻编号 */
#define THINKING 0 /* 哲学家在思考 */
#define HUNGRY 1 /* 哲学家试图拿起叉子 */
#define EATING 2 /* 哲学家进餐 */
typedef int semaphore; /* 信号量 */
int state[N]; /* 记录每位哲学家状态 */
semaphore mutex = 1; /* 临界区的互斥 */
semaphore s[N]; /* 每位哲学家一个信号量 */
/* i: 哲学家编号，从0到N-1 */
void philosopher(int i) {
while (TRUE) { /* 无限循环 */
think(); /* 哲学家思考 */
take_forks(i); /* 需要两个叉子， */
eat(); /* 哲学家进餐 */
put_forks(i); /* 将叉子放回到桌子上 */
}
}
void take_forks(int i) {
down(&mutex); /* 进入临界区 */
state[i] = HUNGRY; /* 记录哲学家i处于饥饿状态 */
test(i); /* 尝试获取两把叉子 */
up(&mutex); /* 退出临界区 */
down(&s[i]); /* 如果得不到需要的叉子则阻塞 */
}
void put_forks(i) {
down(&mutex); /* 进入临界区 */
state[i] = THINKING; /* 哲学家进餐完毕 */
test(LEFT); /* 测试左邻是否可以吃 */
test(RIGHT); /* 测试右邻是否可以吃 */
up(&mutex); /* 离开临界区 */
}
void test(i) {
//我是饥饿的但是左右都不再吃的时候
if (state[i] == HUNGRY && state[LEFT] != EATING && state[RIGHT] != EATING) {
state[i] = EATING;
up(&s[i]);
}
}
上面给出的解法是没有死锁的，而且对于任意多位哲学家的情况都能获得最大的并行度。它使用一个数组state来记录哲学家是在吃饭、思考还是饿了。一个哲学家只有在两个邻座都不在进餐时，才允许转换到进餐状态。哲学家i的邻居是由宏LEFT和RIGHT定义。
该程序使用了一个信号量数组，每个信号量对应于一位哲学家，这样，所需的叉子被占用时，饥饿的哲学家就可以被阻塞。注意每个进程将历程philosopher作为朱代码运行，而其他例程，如take_forks、put_forks和test都只是普通的例程，而不是单独的进程。
读者/写者问题
另一个著名的问题是读者—写者问题，它建模了对数据库的访问。
例如，设想一个飞机定票系统，其中有许多竞争的进程试图读写其中的数据。多个进程同时读是可以接受的，但如果一个进程正在更新数据库，则所有其他进程都不能访问数据库，即使读操作也不行。这里的问题是：如何对读者和写者进行编程？
| 进程Ａ操作 | 进程B操作 | 是否允许 |
|---|---|---|
| 读 | 读 | 允许 |
| 读 | 写 | 互斥 |
| 写 | 写 | 互斥 |
typedef int semaphore;
semaphore mutex = 1; /* 控制对RC的访问 */
semaphore db = 1; /* 控制对数据库的访问 */
int rc = 0; /* 正在读或想要读的进程数 */
void reader(void) {
while (TRUE) { /* 无限循环 */
down(&mutex); /* 排斥对RC的访问*/
rc = rc + 1; /* 又多了一个读者 */
/*如果这是第一个读者，那么......*/
if (rc == 1)
//只要有一个读者在读书编者就不能编书
//当前有进程在读取数据库
down(&db);
up(&mutex); /*恢复对RC的访问*/
read_data_base(); /*访问数据*/
down(&mutex); /*排斥对RC的访问*/
rc = rc - 1; /*读者又少了一个*/
/*如果这是最后一个读者，那么......*/
if (rc == 0)
up(&db);
use_data_read(); /*非临界区操作*/
}
}
void writer(void) {
while (TRUE) {
think_up_data(); /*非临界区操作*/
down(&db); /*排斥访问*/
write_data_base(); /*修改数据*/
up(&db); /*恢复访问*/
}
}
第一个读者对信号量db执行DOWN。随后的读者给计数器rc加1。当读者离开时，它们递减这个计数器，而最后一个读者则对db执行UP，这样就允许一个阻塞的写者可以访问数据库。
设想当一个读者在使用数据库时，另一个读者也来访问数据库，由于同时允许多个读者同时进行读操作，所以第二个读者也被允许进入，同理第三个及随后更多的读者都被允许进入。
