嗜睡的理发师问题.docx
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嗜睡的理发师问题.docx
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嗜睡的理发师问题
1、嗜睡的理发师问题:
一个理发店由一个有N沙发的等候室和一个放有一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经占用,他便离开理发店;否那么,如果理发师正在为其他顾客理发,那么该顾客就找一空沙发坐下等待;如果理发师因无顾客正在睡觉,那么由新到的顾客唤醒理发师为其理发。
在理发完成后,顾客必须付费,直到理发师收费后才能离开理发店,试用信号量实现这一同步问题。
intwaiting;//等候理发的顾客数
intCHAIRSr;//为顾客准备的椅子数
semaphoreCustomers,babers,mutex;
Customers=0;
barbers=0;
waiting=0;
mutex=1;
barber()//理发师进程
{
while(TRUE)
{
wait(customers);//假设无顾客,理发师睡眠
wait(mutex);//进程互斥
waiting=waiting-1;//等待顾客数少一
signal(barbers);//理发师去为一个顾客效劳
signal(mutex);//离开临界区
Cut_hair();
}
}
Customer〔inti〕
{
wait(mutex);//进程互斥
if(waiting { waiting=waiting+1;//等候顾客数加1 signal(customers);//必要的话唤醒理发师 signal(mutex);//开放临界区 wait(barbers);//无理发师,顾客等待 get_haircut();//一个顾客坐下等理发 } else signal(mutex);//人满了,走吧 } 1、嗜睡的理发师问题: 一个理发店由一个有N沙发的等候室和一个放有一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经占用,他便离开理发店;否那么,如果理发师正在为其他顾客理发,那么该顾客就找一空沙发坐下等待;如果理发师因无顾客正在睡觉,那么由新到的顾客唤醒理发师为其理发。 在理发完成后,顾客必须付费,直到理发师收费后才能离开理发店,试用信号量实现这一同步问题。 分析: 此题中,顾客进程和理发师进程之间存在着多种同步关系: 1.只有在理发椅空闲时,顾客才能做到理发椅上等待理发师理发,否那么顾客便必须等待;只有当理发椅上有顾客时,理发师才可以开场理发,否那么他也必须等待;这种同步关系类似于单缓冲的生产者-消费者问题中的同步关系,故可通过信号量empty和full来控制; 2.理发师为顾客理发时,顾客必须等待理发的完成,并在理发完成后理发师唤醒他,这可单独使用一个信号量cut来控制; 3.顾客理完发后必须向理发师付费,并等理发师收费后顾客才能离开;而理发师那么需等待顾客付费,并在收费后唤醒顾客以允许他离开,这可分别通过两个信号量payment和receipt来控制。 4.等候室中的N帐沙发是顾客竟争的资源,故还需为它们设置了一个资源信号量sofa 5.为了控制顾客的人数,使顾客能自所有的沙发都被占用时离开理发店,还必须设置一个整型变量count来对理发店重的顾客进展计数,该变量将被多个顾客进程互斥地访问并修改,这可通过一个互斥信号量mutext来实现。 答: 为解决上述问题,需设置一个整型变量count用来对理发店重的顾客进展计数,并需设置7个信号量,其中: mutex用来实现顾客进程对count变量的恶互斥访问,其初值为1;sofa是对应于等候室中N沙发的资源信号量,其初值为N;empty表示是否有空闲的理发椅,其初值为1;full表示理发椅上是否有等待理发的顾客,其初值为0;cut用来等待理发的完成,其初值为0;payment表示用来等待付费,其初值为0;receipt用来等待收费,其初值为0。 具体算法描述如下: Intcout=0; Semaphoremutex=1,sofa=N,empty=1,full=0,cut=0,payment=0,receipt=0; processguesti()顾客i {wait(mutex);//count既用于判断,也要修改,所以为临界资源,用mutex管理互斥,但由于是分支构造,所以要在每个分支构造中注意离开count的临界区时使用signal释放临界资源 if(count>N)//沙发中已经坐满客人N个和正在理发的1位,没有沙发,客人离开理发店 {signal(mutex); exitshop; } else {count=count+1; if(count>1)//count>1,意味着原来理发店里有客人,所以不能坐理发椅,需要坐到沙发上等待 {signal〔mutex〕; wait(sofa);//申请沙发,肯定能得到 sitonsofa; wait(empty);//申请理发椅,等不到阻塞,得到,那么从沙发上站起,准备坐到理发椅上 getupformsofa; signal(sofa);//归还沙发 } else {signal〔mutex〕; wait(empty);//count==1,意味着这个店里只有这一个顾客,他不必要申请沙发,直接申请理发椅即可 } sitonthebaber_chair; signal(full);//假设理发师阻塞,那么唤醒理发师,假设未阻塞,那么将full由0增1,理发师申请理发时即可通过 wait(cut);//测试理发是否完成,没有那么阻塞 pay; signal(payment);//假设理发师阻塞,那么唤醒理发师告知其已经付费,假设未阻塞,那么将paymentl由0增1,理发师申请理要求付费时即可通过 wait(receipt);////测试理发师收费是否完成,没有那么阻塞 getupformthebaber_chair;//理发师收费完成,顾客离开理发椅 signal(empty);//释放理发椅 wait(mutex);//对count临界资源操作,用mutex完成互斥 count=count-1; signal(mutex); exitshop; } } processbarber() {while (1) {wait(full);//测试理发椅上是否有顾客,无那么阻塞 cuthair; signal(cut);//告知顾客理发完成 wait(payment);//测试顾客是否付费 acceptpament; signal(receipt);//告知顾客收费完毕 } } main() {cobegin {guesti(); Barber(); } } 5、设有两个生产者进程A、B和一个销售者进程C,他们共享一个无限大的仓库,生产者每次循环生产一个产品,然后入库供销售;销售者每次循环从仓库中取出一个产品进展销售。 如果不允许同时入库,也不允许边入库边出库;而且要求生产和消费A产品和B产品的件数都满足一下关系: -n≤A的件数-B的件数≤m,其中n、m是正整数。 分析: 此题中存在着以下的同步和互斥关系: 生产者A、B和消费者之间不能同时将产品入库和出库,故仓库是一个临界资源;两个生产者之间必须进展同步,当生产的A、B产品的件数之差大于等于m时,生产者A必须等待;小于等于-n时,生产者B必须等待;生产者和销售者之间也必须进展同步,只有当生产者生产出产品并入库后,销售者才能进展销售;而且由于销售的产品件数必须满足关系-n≤A的件数-B的件数≤m,因此当销售的A、B产品件数之差大于等于m而仓库中已无B产品时,或者销售的A、B产品的件数之差小于等于-n而仓库中已无A产品时,销售者C必须等待 生产的A、B产品必须满足: -n≤A的件数-B的件数≤m,如例题4中,同样的方法管理,分别使用了信号量SAB和SBA; 仓库的管理只要求出入库互斥,由于仓库无限大入库只好操作互斥就可以完成,出库要考虑有无产品,SA对应于仓库中的A产品量,SB对应于仓库中的B产品量; 销售要满足: -n≤A的件数-B的件数≤m,用difference表示A的件数-B的件数,即difference=A的件数-B的件数;difference==-n的时候,不能取产品B,只能取A;difference==m的时候,不能取产品A,只能取B;-n 答: 为了互斥地入库和出库,蓄为仓库设置一初值为1的互斥信号量mutex;为了使生产的产品件数满足-n≤A的件数-B的件数≤m,须设置两个同步的信号量,其中SAB表示当前允许A生产的产品数量,其初值为m,SBA表示当前允许B生产的产品数量,其初值为n;另外,还需设置一个整数difference表示所销售的A、B产品数量之差,而为了同步生产者和销售者并使销售的A、B产品的件数-n≤A的件数-B的件数≤m,还需要设置三个资源信号量,其中s对应于仓库中的总的产品量,SA对应于仓库中的A产品量,SB对应于仓库中的B产品量,它们的初值都为0. SemaphoreSAB=m,SBA=n,S=0,SA=0,SB=0,mutex=1; processA() {while (1) {//生产产品,-n≤A的件数-B的件数≤m,方法同第4题 wait(SAB); ProduceaproductA; signal(SBA); //入库操作,满足出入库操作互斥即可 wait(mutex); addtheproductAtothestorehouse; signal(mutex); signal(SA);//入库产品A一件,所以给SA增值 signal((S);//入库产品一件,所以给S增值,S是仓库中全部产品的数量 } } processB() {while (1) {//生产产品,-n≤A的件数-B的件数≤m,方法同第4题 wait(SBA); ProduceaproductB; signal(SAB); //入库操作,满足出入库操作互斥即可 wait(mutex); addtheproductAtothestorehouse; signal(mutex); signal(SB);//入库产品A一件,所以给SA增值 signal((S);//入库产品一件,所以给S增值,S是仓库中全部产品的数量 } } processB() {while (1) {wait(S);//首先检查有无产品,无产品阻塞,有产品,下面操作将会取走一件产品,所以S减1 if(difference<=-n) {wait(SA);//difference<=-n时只能取A产品一件,无A产品那么需阻塞 //出库操作,满足出入库操作互斥 wait(mutex); takeaproductAfromstorehouse; signal(mutex); difference++;//取A产品一件,difference++ } elseif(difference>=m) {wait(SB);//difference>=m时只能取B产品一件,无B产品那么需阻塞 //出库操作,满足出入库操作互斥 wait(mutex); takeaproductBfromstorehouse; signal(mutex); difference--;//取B产品一件,difference-- } else {//-n //出库操作,满足出入库操作互斥 wait(mutex); takeaproductA或Bfromstorehouse; signal(mutex); if〔product_type==A〕 {//取的是产品A,那么信号量SA减1,这里不可能发生没有A产品,进程C需要阻塞的情况 wait(SA); difference++;//取A产品一件,difference++ } else {//取的是产品B,那么信号量SB减1,这里不可能发生没有B产品,进程C需要阻塞的情况 wait(SB); difference--;//取B产品一件,difference-- } } Selltheproduct; } } main() { cobegin{ A(); B(); C(); } } 6、考虑三个吸烟者进程和一个经销商进程的系统。 每个吸烟者连续不断地做烟卷并抽他做好的烟卷,做一支烟卷需要烟草、纸和火柴三种原料。 这三个吸烟者分别掌握有烟草、纸和火柴。 经销商源源不断地提供上述三种原料,但他只将其中的两种原料放在桌上,具有另一种原料的吸烟者就可以做烟卷并抽烟,且在做完后给经销商发信号,然后经销商再拿出两种原料放在桌上,如此反复。 试设计一个同步算法来描述他们的活动。 SemaphoreSA=SB=SC=0,SD=1; i: integer; processsmokerA() {while (1) {wait(SA); 制烟; signal(SD); 吸烟; } } processsmokerB() {while (1) {wait(SB); 制烟; signal(SD); 吸烟; } } processsmokerC() {while (1) {wait(SC); 制烟; signal(SD); 吸烟; } } Processprovider() {while (1) {wait(SD); i=random (2); switch(i) {case'0': signal(SA); case'1': signal(SB); case'2': signal(SC); } main() { cobegin{ somkerA(); somkerB(); somkerC(); provider(); } } 5、现有四个进程R1、R2、W1、W2,它们共享可以存放一个数的缓冲器B。 进程R1每次把来自键盘的一个数存入缓冲器B中,供进程W1打印输出;进程R2每次从磁盘上读一个数存放到缓冲器B中,供进程W2打印输出。 为防止数据的丧失和重复打印,问怎样用信号量操作来协调这四个进程的并发执行。 semaphoreS=1,S1=S2=0; bufferB; processR1〔〕 {intx; while (1) {接收来自键盘的数; x=接收的数; wait(S); B=x; signal(S1); } } processR2() {inty; while (1) {从磁盘上读一个数; y=接收的数; wait(S); B=y; signal(S2); } } processW1() {intk; while (1) {wait(Sl); k=B; signal(S); 打印k中数; } } processW2() {intj; while (1) {wait(S2); j=B; signal(S); 打印j中数; } } main() { cobegin{ R1(); R2(); W1(); W2(); } 6、a,b两点之间是一段东西向的单行车道,现要设计一个自动管理系统,管理规那么如下: 当ab之间有车辆在行驶时同方向的车可以同时驶入ab段,但另一方向的车必须在ab段外等待;当ab之间无车辆在行驶时,到达a点(或b点)的车辆可以进入ab段,但不能从a点和b点同时驶入,当某方向在ab段行驶的车辆驶出了ab段且暂无车辆进入ab段时,应让另一方向等待的车辆进入ab段行驶。 请用信号量机制为工具,对ab段实现正确管理以保证行驶平安。 SemaphoreS1=1,S2=1,Sab=1; intab=ba=0; processPab() { while (1) { wait(S1); if(ab==0) wait(Sab); ab=ab+1; signal(S1); 车辆从a点驶向b点; wait(S1); ab=ab-1; if(ab==0) signal(Sab); signal(S1); } } processPba() { while (1) { wait(S2); if(ba==0) wait(Sab); ba=ba+1; signal(S2); 车辆从b点驶向a点; wait(S2); ba=ba-1; if(ba==0) signal(Sab); signal(S2); } } main() { cobegin{ Pab(); Pba(); } }
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