3.5.2 トークンを用いたシステムのもう一つの例

次のリストは、トークンを用いたシステムのもう一つの例を示しています。この実装でもトークンは 4 つであるため、同時に食事をしようとする人が 4 人を超えることはありません。しかし、この実装では sem_wait() および sem_post() のセマフォールーチンを使用して、食事をする哲学者の人数を制限します。このバージョンのソースファイル名は din_philo_fix2.c です。

din_philo_fix2.c のコンパイルでは -lrt オプションを使用し、適切なセマフォールーチンとリンクさせます。

din_philo_fix2.c のコード詳細を次に示します。

    1	#include <pthread.h>
     2	#include <stdio.h>
     3	#include <unistd.h>
     4	#include <stdlib.h>
     5	#include <errno.h>
     6	#include <assert.h>
     7	#include <semaphore.h>
     8	
     9	#define PHILOS 5
    10	#define DELAY 5000
    11	#define FOOD 50
    12	
    13	void *philosopher (void *id);
    14	void grab_chopstick (int,
    15	                     int,
    16	                     char *);
    17	void down_chopsticks (int,
    18	                      int);
    19	int food_on_table ();
    20	int get_token ();
    21	void return_token ();
    22	
    23	pthread_mutex_t chopstick[PHILOS];
    24	pthread_t philo[PHILOS];
    25	pthread_mutex_t food_lock;
    26	int sleep_seconds = 0;
    27	sem_t num_can_eat_sem;
    28	
    29	
    30	int
    31	main (int argn,
    32	      char **argv)
    33	{
    34	    int i;
    35	
    36	    pthread_mutex_init (&food_lock, NULL);
    37	    sem_init(&num_can_eat_sem, 0, PHILOS - 1);
    38	    for (i = 0; i < PHILOS; i++)
    39	        pthread_mutex_init (&chopstick[i], NULL);
    40	    for (i = 0; i < PHILOS; i++)
    41	        pthread_create (&philo[i], NULL, philosopher, (void *)i);
    42	    for (i = 0; i < PHILOS; i++)
    43	        pthread_join (philo[i], NULL);    
    44	    return 0;
    45	}
    46	
    47	void *
    48	philosopher (void *num)
    49	{
    50	    int id;
    51	    int i, left_chopstick, right_chopstick, f;
    52	
    53	    id = (int)num;
    54	    printf ("Philosopher %d is done thinking and now ready to eat.\n", id);
    55	    right_chopstick = id;
    56	    left_chopstick = id + 1;
    57	
    58	    /* 箸が一巡した */
    59	    if (left_chopstick == PHILOS)
    60	        left_chopstick = 0;
    61	
    62	    while (f = food_on_table ()) {
    63	        get_token ();
    64	
    65	        grab_chopstick (id, right_chopstick, "right ");
    66	        grab_chopstick (id, left_chopstick, "left");
    67	
    68	        printf ("Philosopher %d: eating.\n", id);
    69	        usleep (DELAY * (FOOD - f + 1));
    70	        down_chopsticks (left_chopstick, right_chopstick);
    71	
    72	        return_token ();
    73	    }
    74	
    75	    printf ("Philosopher %d is done eating.\n", id);
    76	    return (NULL);
    77	}
    78	
    79	int
    80	food_on_table ()
    81	{
    82	    static int food = FOOD;
    83	    int myfood;
    84	
    85	    pthread_mutex_lock (&food_lock);
    86	    if (food > 0) {
    87	        food--;
    88	    }
    89	    myfood = food;
    90	    pthread_mutex_unlock (&food_lock);
    91	    return myfood;
    92	}
    93	
    94	void
    95	grab_chopstick (int phil,
    96	                int c,
    97	                char *hand)
    98	{
    99	    pthread_mutex_lock (&chopstick[c]);
   100	    printf ("Philosopher %d: got %s chopstick %d\n", phil, hand, c);
   101	}
   102	
   103	void
   104	down_chopsticks (int c1,
   105	                 int c2)
   106	{
   107	    pthread_mutex_unlock (&chopstick[c1]);
   108	    pthread_mutex_unlock (&chopstick[c2]);
   109	}
   110	
   111	
   112	int
   113	get_token ()
   114	{
   115	    sem_wait(&num_can_eat_sem);
   116	}
   117	
   118	void
   119	return_token ()
   120	{
   121	    sem_post(&num_can_eat_sem);
   122	}

この新しい実装では、セマフォー num_can_eat_sem を使用して、同時に食事をとることができる哲学者の人数を制限します。このセマフォー num_can_eat_sem は、哲学者の人数より 1 人少ない 4 に初期化されます。食事をとろうとする前に哲学者は get_token() を呼び出し、この関数によって sem_wait(&num_can_eat_sem) が呼び出されます。sem_wait() の呼び出しにより、呼び出し元の哲学者はこのセマフォーの値が正になるまで待機し、正になると、1 を引いてセマフォー値を変更します。食事を終えると、哲学者は return_token() を呼び出し、この関数によって sem_post(&num_can_eat_sem) が呼び出されます。この sem_post() の呼び出しにより 1 が追加されてセマフォー値が変更されます。スレッドアナライザは sem_wait() および sem_post() の呼び出しを認識し、哲学者全員が同時に食事をとろうとしていないと判定します。

この新しいプログラム実装を何回か実行すると、その都度正常に終了し、実行が滞らないことがわかります。また、次のスクリーンショットが示すように、スレッドアナライザは実デッドロックと潜在的デッドロックのどちらも報告しません。

スレッドアナライザが認識するスレッドおよびメモリー割り当て API 一覧は、付録 A 「スレッドアナライザのユーザー API」 を参照してください。