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操作系统同步互斥问题

一些经典的例子就不列举了，接下来讲一些在学习操作系统课程的过程中所遇到的几个进程同步的题目。

1.取放水果问题

用基本记录型信号量解决如下同步关系：一空盘放一水果，父放梨，母放橘，儿取梨，女取橘，四人如何并发？由题目我们可以知道缓冲区只有一个，父母放水果之间及儿女取水果之间是互斥的关系，而且父放了梨之后儿子才能取梨，母亲放了橘子后女儿才能取橘子。站着资源的角度上，我们要定义三个信号量，empty：表示空盘，pear:表示梨子，orange：表示橘子。以下是伪代码：

seamphore empty=1,pear=0,orange=0;//最开始是有一个空，还没有放橘子和梨；//父亲threadAddF(){  wait(empty);  ···  放梨；   ···signal(peal);}//母亲threadAddM(){ wait(empty);  ··· 放橘子； ··· signal(orange); } //儿子 threadAddS(){ wait(pear); ··· 取梨； ··· signal(empty); }//女儿threadAddF(){  wait(orange);  ··· 取橘子； ··· signal(empty);}//主函数void main(){threadAddF();threadAddM();threadAddS();threadAddD();}

这个例子比较简单，也很好理解。

2.黑白棋子问题

大家对于下棋肯定不陌生，这里列举两种情况：

seamphore bfg=1,wfg=0;//bfg表示控制黑棋的信号量，wfg控制白棋； //黑棋void black(){ while(true){   wait(bfg);   if(在棋盘上找到位置){     signal(wfg);     下一枚黑棋子； }  else{     signal(wfg);     break;   } }}//白棋void white(){ while(true){   wait(wfg);   if(在棋盘上找到位置){    signal(bfg);    下一枚白棋子；  }  else{    signal(bfg);    break; } }}//主函数void main(){  black();  white();}

情况二：抢占先机，谁先抢到谁先下。当然这只是对于第一枚棋子谁先下的问题。

seamphore bfg=0,wfg=0,m=1;boolean fg=false;//黑棋void black(){   wait(m);//m控制黑白棋之间的互斥；   if(!fg){     bfg=1;     wfg=0;     fg=true;  } while(true){    wait(bfg);      if(在棋盘上找到位置){         signal(wfg);         下一枚黑棋子；      }     else{         signal(wfg);         break;       }     } siganl(m); } //白棋 void black(){wait(m);//m控制黑白棋之间的互斥；   if(!fg){      bfg=0;      wfg=1;      fg=true;    }  while(true){       wait(wfg);        if(在棋盘上找到位置){          signal(bfg);         下一枚黑棋子； }       else{             signal(bfg);             break;      }  }   siganl(m);}

为什么第二种情况要定义m呢？

3.新加条件的生产者消费者问题

多个生产者和消费者，共享一个能存放n个产品的环形缓冲区（初始为空）。缓存区未满生产者可以放入一个产品，否则等待，缓冲区没空则消费者可以取一个产品，否则等待。要求每个消费者连续取10件产品才能让其他消费者取。

buffer: array [ 0, …, n-1] of item; in, out,i: integer :=0, 0,1;//不使用Counter变量，而是用信号量Var  mutex, empty, full,cm: semaphore :=1, n, 0,1;//empty和full分别表示缓冲池中空缓冲池和满缓冲池（即产品）的数量 //生产者 producer :  repeat   …    produce an item in nexp;    …   wait(empty);   wait(mutex);      buffer(in):=nexp;   in:=(in+1) mod n;      signal(mutex);   signal(full);    until  false;      //消费者consumer: repeat   wait(cm);//cm控制消费者之间的互斥；    for(i=1;i<=10;i++){     wait(full);   wait(mutex);      buffer(out):=nexp;   out:=(out+1) mod n;      signal(mutex);   signal(empty)；   }      signal(cm);   consume an item in nexp; until  false;

4. 工人装水问题

两个搬运工人向卡车中装纯净水，每车最多20箱。卡车装满即开走，需装10辆车。

Var  mutex, empty, go: semaphore :=1, 0,0;//empty表示卡车内的水箱  i,count: integer :=1,0;  //卡车 void truck(){     wait(mutex);//mutex控制车位上的互斥;     ...     进入装水位；     ...     for(i=1;i<=20;i++)     signal(empty);     wait(go);//go控制卡车离开     离开;     signal(mutex);}//工人void worker(){   while(true){     wait(empty);     ...     装水；     ...     count++;     if(count==20){     signal(go);     count=0;     }     }} //主函数void main(){for(i=1;i<=10;i++){      truck();      worker();   }}

两个工人的情况：主要是对count的控制

void worker(){    while(true){       wait(empty);       ...       装水;       ...       wait(cm);//cm控制工人间的互斥       count++;              if(count==20){           signal(go);           count=0;           signal(cm);       }    }}

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