操作系统-信号量机制的一些习题

1：生产者消费者问题

生产者和消费者共享一个初始值为0，大小为n的缓冲区。

当缓冲区未满时，生产者才能生产产品。

当缓冲区未空时，消费者才能消费产品。

缓冲区属于临界资源，生产者和消费者需要互斥的访问。

semaphore mutex=1    //互斥信号量，生产者和消费者互斥访问缓冲区semaphore  empty=n   //同步信号量，表示空缓冲区的数量semaphore  full=0         //同步信号量，表示产品数量即非空缓冲区的数量producer ( ){while(1){生产产品p(empty)； //申请空缓冲区p(mutex);    //申请缓冲区的访问放入空缓冲区v(mutex);    //取消对缓冲区的访问v(full);          // 增加一个产品，即增加一个非空缓冲区}
}
consumer( ){while(1){p(full);   //申请非空缓冲区p(mutex);  //申请缓冲区的访问从缓冲区取出v(mutex);  //取消对缓冲区的访问v(empty);  //增加一个空缓冲区消费产品}
}

注意：对p(empty)/p(full)和p(mutex)的顺序不可以调换，如果调换会产生死锁。

如果此时缓冲区为满，如果生产者进程申请了对缓冲区的访问，而此时没有空缓冲区，生产者进程将会阻塞，而消费者进程无法进入缓冲区，消费者进程也会阻塞。
如果此时缓冲区为空，如果消费者进程申请了对缓冲区的访问，而此时没有非空缓冲区，消费者进程将会阻塞，而生产者进程无法进入缓冲区，生产者进程也会阻塞。

注意：生产者生产产品，消费者消费产品的代码不能放到缓冲区访问期间，会降低程序的并发度

2：多生产者多消费者问题

semaphore   plant=0  //同步信号量，表示盘子还可以放几个水果
semaohore   apple=0  //同步信号量，表示盘子中苹果的数量
semaphore   orange=0 //同步信号量，表示盘子中橘子的数量dad( ){准备苹果p(plant);放入苹果v(apple);}mom( ){准备橘子p(plant);放入橘子v(orange);}daughter( ){p(apple);取走苹果v(plant);吃苹果}son( ){p(orange);取走橘子v(plant);吃橘子}

注意：此时不需要设置对盘子的互斥访问量 semaphore mutex=1，因为此时apple orange plant 三个同步信号量的值最多有一个为1。在任何时刻只能由一个进程的p操作不会被阻塞，并进去临界区。

桌上有一空盘，只允许存放一个水果。爸爸可向盘中放苹果，也可向盘中放桔子。儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘中空时一次只能放一只水果供吃者取用，请用P、V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。

semaphore  plant=1  //同步信号量,表示盘子可存放水果的数量
semaphore  apple=0  //同步信号量,表示盘子中苹果的数量
semaphore  orange=0 //同步信号量,表示盘子中橘子的数量dad( ){准备水果p(plant);放水果if(苹果){v(apple);}else{v(orange);}
}daughter( ){p(apple);拿走苹果v(plant);吃苹果
}son( ){p(orange);拿走橘子v(plant);吃橘子
}

3：哲学家问题

semaphore chopstick[5]{1,1,1,1,1} //表示五只筷子 从0-4编号
semaphore mutex=1 //哲学家之间 互斥取筷子pi( ){while(1){p(mutex);p(chopstick[i]);//左边筷子p(chopstick[(i+1)%5])//右边筷子v(mutex);吃饭v(chopstick[i]);//左边筷子v(chopstick[(i+1)%5])//右边筷子思考}}

设置mutex互斥信号量，哲学家之间互斥的取筷子
最多允许四位哲学家取筷子
奇数的哲学家先拿左边筷子，再拿右边筷子，而偶数哲学家相反

4：读写者问题

默认读者优先：

semaphore  rw=1   //对文件的互斥访问
int count =0      //记录当前读进程的个数
semaphore  mutex=1 //保证对count变量的互斥访问writer( ){p(rw);写文件v(rw);}reader( ){while(1){p(mutex);if(count==0){p(rw);}count++;v(mutex);读文件p(mutex);count--;if(count==0){v(rw);}v(mutex);}}

读写公平：

semaphore  rw=1   //对文件的互斥访问
int count =0      //记录当前读进程的个数
semaphore  mutex=1 //保证对count变量的互斥访问
semaphore  w=1    //读写公平
writer( ){p(w);
p(rw);
写文件
v(rw);
v(w);
}reader( ){while(1){p(w);p(mutex);if(count==0){p(rw);}count++;v(mutex);v(w);读文件p(mutex);count--;if(count==0){v(rw);}v(mutex);}
}

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