几个进程同步问题

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几个进程同步问题

1.消费者-生产者

semaphore empty = n;	// 空闲缓冲区数量
semaphore full = 0;		// 产品数量
semaphore mutex = 1;	// 对缓冲区的互斥操作void producer(){do{生产一个产品;wait(empty);wait(mutex);	// 实现互斥的P操作一定要在实现同步的P操作之后把产品放入缓冲区;signal(mutex);siganl(full);}while(true);
}void consumer(){do{wait(full);wait(mutex);从缓冲区取出一个产品;signal(mutex);siganl(empty);消费一个产品;}while(true);    
}

2.多生产者-消费者

问题描述

桌上有一个只能放入一个水果的盘子，爸爸专向盘子中放苹果(apple)，妈妈专向盘子中放橘子(orange)，儿子专等吃盘子中的橘子，女儿专等吃盘子里的苹果 。

问题分析

多生产者是指多个类型的生产者和多个类型的消费者生产多种产品，盘子即为缓冲区，盘子只能放一个水果，缓冲区大小为1

代码

semaphore mutex = 1;	// 用于对缓冲区的互斥操作
semaphore apple = 0;
semaphore orange = 0;
/*semaphore empty = 0;semaphore full = 0;*/
semaphore plate	= 1;	// 盘子中还可以放多少个水果	
void father(){准备一个苹果;wait(plate);wait(mutex);把苹果放进盘子;siganl(mutex);siganl(apple);
}void mother(){准备一个橘子;wait(plate);wait(mutex);把橘子放进盘子;siganl(mutex);siganl(orange);   
}void son(){wait(orange);wait(mutex);从盘子中取出橘子;siganl(mutex);siganl(plate);吃橘子;
}void daughter(){wait(apple);wait(mutex);从盘子中取出橘子;siganl(mutex);siganl(plate);吃苹果;
}

3.读者写者问题

之前已经有一篇博客，详细的阐述过这个问题，包括读者优先，写者优先，读写公平。有兴趣可以移步读者写者问题（超级详细的分析读者优先，读写平等，写者优先）

4.嗜睡的理发师问题

问题描述

一个理发店由一个有N张沙发的等候室和一个放有一张理发椅的理发室组成；
没有顾客要理发时，理发师便去睡觉
当一个顾客走进理发店时
如果所有的沙发都已被占用，他便离开理发店；
否则，如果理发师正在为其他顾客理发，则该顾客就找一张空沙发坐下等待；
如果理发师因无顾客正在睡觉，则由新到的顾客唤醒理发师为其理发。
理发完成后，顾客必须付费，直到理发师收费后才能离开理发店

代码

int count=0;       		//对理发店中的顾客进行计数
semaphore mutex=1;  	//实现顾客进程对count变量的互斥访问
semaphore sofa=N;   	//对应于等候室中N张沙发
semaphore empty=1;  	//表示是否有空闲的理发椅
semaphore full=0;   	//表示理发椅上是否有等待理发的顾客
semaphore payment=0;	//用来等待付费
semaphore receipt=0;	//用来等待收费void guest() {   do{wait(mutex);if  (count>N) {signal(mutex); //如果所有的沙发都已被占用，他便离开理发店离开理发店;}else {count ++ signal(mutex);if (count>1)  {//如果理发师正在为其他顾客理发，则该顾客就找一张空沙发坐下等待  wait(sofa);在沙发中就座;wait(empty);从沙发上起来;signal(sofa);}else {   /*count=1*/wait(empty);  //在理发椅上就座;}//顾客接受理发，结束后付费离开signal(full);理发;付费;signal(payment)；wait(receipt);从理发椅上起来;signal(empty);wait(mutex);count --;signal(mutex);离开理发店;}while(true);
}void barber() {do {wait(full);给顾客理发;siganl(payment);收费;wait(receipt);} while(true);
}

5.哲学家就餐问题

问题描述

五位哲学家围桌而坐
桌上有5个碗和5只筷子
哲学家在思考问题时不需要任何资源，思考完问题后进入进餐态。
每人必须获得左右两支筷子才能进餐

代码

//最简单的用AND信号量机制
/*仅当哲学家的左、右两根筷子均可用时，才允许他拿起筷子进餐*/
semaphore chopsticks[5] = {1,1,1,1,1};
void philosopher(){do{think;Swait(chopsticks[i],chopsticks[(i+1)%5]);//一次申请左边右边的筷子,有一个筷子申请不到,就阻塞eat;Ssignal(chopsticks[i],chopsticks[(i+1)%5]);}while(true);}

//这种方法用了两种两份代码实现，下面这一份是我写的
/*至多只允许有四位哲学家同时去拿左边的筷子，最终能保证至少有一位哲学家能够进餐，并在用毕时能释放出他用过的两根筷子，从而使更多的哲学家能够进餐。*/
semaphore chopsticks[5] = {1,1,1,1,1};
semaphore count = 0; //拿起左边筷子的哲学家的人数
semaphore mutex = 1; //互斥访问count
void philosoher(){do{think;wait(mutex);if(count<=4){	count++;wait(chopsticks[i]);wait(chopsticks[(i+1)%5]);signal(mutex);eat;		// 吃完就释放筷子signal(chopsticks[i]);signal(chopsticks[(i+1)%5]);wait(mutex);count--;	signal(mutex);}else{	//已经有4个人拿了左边的筷子了,第五个哲学家不应该拿剩下一根筷子,什么也不做siganl(mutex);}}while(true);
}//老师给的答案
semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1}, Sm=4;
void P(int i) {do {wait(Sm);wait(chopstick[i]);wait(chopstick[i+1] mod 5);eat;signal(chopstick[i]);signal(chopstick[i+1] mod 5);signal(Sm);think;} while[TRUE];
}
void main(){cobeginfor (int i=1; i<=5; i++){P(i);}coend
}

/*方法二：防止死锁的策略为：规定奇数号哲学家先拿他左边的筷子，然后再去拿右边的筷子；而偶数号哲学家则相反。按此规定，将是1、 2号哲学家竞争1号筷子；3、4号哲学家竞争3号筷子。即五位哲学家都先竞争奇数号筷子，获得后，再去竞争偶数号筷子，最后总会有一位哲学家能获得两只筷子而进餐。
为每只筷子设置一个初值为1的信号量chopstick[i](i=0, …, 4)，第i个哲学家的活动可描述为：*/
semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1};
void P(int i) {do {if (i mod 2 == 1) { //奇数号哲学家wait(chopstick[i]);	//先拿左边的,左右不重要,哲学家分成两组，一组两人竞争，总有一个得到两只筷子wait(chopstick[i-1] mod 5);eat;signal(chopstick[i-1] mod 5);signal(chopstick[i]);}else {wait(chopstick[i-1] mod 5);wait(chopstick[i]);eat;signal(chopstick[i]);signal(chopstick[i-1] mod 5);}}while(TRUE);
}
void main(){cobeginfor (int i=1; i<=5; i++){P(i);}coend
}

哲学家的变式

19年408考研题

43． （8 分）有 n（n≥3）位哲学家围坐在一张圆桌边，每位哲学家交替地就餐和思考。在 圆桌中心有 m（m≥1）个碗，每两位哲学家之间有一根筷子。每位哲学家必须取到一个碗和两 侧的筷子后，才能就餐，进餐完毕，将碗和筷子放回原位，并继续思考。为使尽可能多的哲学 家同时就餐，且防止出现死锁现象，请使用信号量的 P、V 操作［wait()、signal()操作］描述上 述过程中的互斥与同步，并说明所用信号量及初值的含义。

6.超市购物问题

问题描述（老师布置的一道作业题）

某超市里有一个收银员，且同时最多允许有n名顾客购物，将顾客和收银员看成是两类不同的进程。顾客进程进入超市时，如果超市中已经有n名顾客，他则排队等待；否则进入超市购物。购物结束后，顾客必须去收银台付款，等收银员收款后方能离开超市。试用信号量实现顾客与收银员进程的算法。

代码

//payment用来等待付费，receipt用来等待收费，Sn用于控制超市最多允许n名顾客
semaphore payment=0, receipt=0, Sn=n; 
void Customer(int i) {wait(Sn);进入超市购物;付费;signal(payment);wait(receipt);signal(Sn)离开超市;
}
void Cashier(){ do {wait(payment);收费;signal(receipt);}while(true);
}
void main(){cobeginfor (int i=1; i<=n; i++) {Customer(i);}Cashier();coend
}

PS:上面是老师给的答案，这个题我是真没想到是这样控制那n名顾客进入超市的…本来我还以为再设置一个等待队列的。。而且人数竟然设置为了信号量…

7.进程前趋关系问题

问题描述

再来一个用信号量实现进程前趋关系的题目，如下

代码

//就写b吧，a一个道理
p1(){S1();signal(a);signal(b);}
P2(){wait(a);S2();signal(c);signal(d);}
p3(){wait(b); S3; signal(e); signal(f);}
p4(){wait(c); S4; signal(g); }
p5(){wait(d); S5; signal(h); }
p6(){wait(e); S6; signal(i); }
p7(){wait(f); S7; signal(j); }   
p8(){wait(g); wait(h); wait(i); wait(j); S8;}       
main() {                         semaphore a,b,c,d,e,f,g,h,i,j;a.value=b.value=c.value=d.value=e.value=f.value=g.value=h.value=i.value=j.value=0;cobegin p1();p2();p3();p4();p5();p6();p7();p8();coend 
}