解题秘诀-灵魂三问法

• 问题类型的基础知识，参看计算机操作系统进程同步（信号量pv专题）第四部分
  

一 同步问题

1.1 围棋问题

• 在一个盒子里，混装了数量相等的黑白围棋子。现在用自动分拣系统把黑子、白子分开，设分抹系统有两个进程P1和P2，其中P1拣白子P2拣黑子。规定当一个进程拣了一子后，必须让另一个进程去抹。用信号量和PV操作协调两进程的活动
  
  

1.2 数据采集问题

• 某控制系统中，数据采集进程负责把采集到的数据放到一缓冲区中；分析进程负责把数据从缓冲区中取出进行分析，试用信号量实现两者之间的同步
  
  

1.3 三进程文件打印问题

• 有三个进程 PA、PB 和 PC 合作解决文件打印问题：
  • PA将文件记录从磁盘读入主存的缓冲区 1，每执行一次读一个记录；
  • PB 将缓冲区 1 的内容复制到缓冲区 2，每执行一次复制一个记录；
  • PC 将缓冲区 2 的内容打印出来，每执行一次打印一个记录。缓冲区的大小等于一个记录的大小。请用 PV 操作来保证文件的正确打印
    
    
    
    
    

1.4 司机售票员问题

• 在公共汽车上，司机和售票员的活动分别是：司机活动:启动车辆->正常运行->到站停车；售票员活动：关车门->售票->开车门。在汽车不断的到站，停车，行驶过程中，司机和售票员的活动有什么同步关系？用信号量和P，V操作实现
  
• 解析：在汽车行驶过程中，司机活动与售票员活动之间的同步关系为：售票员关车门后，向司机发开车信号，司机接到开车信号后启动车辆，在汽车正常行驶过程中售票员售票，到站时司机停车，售票员在车停后开车门让乘客上下车。
  因此司机启动车辆的动作必须与售票员关车门的动作取得同步；售票员开车门的动作也必须与司机停车取得向步。，应设置两个信号量：s1、s2，s1表示是否允许司机启动汽车，其初值为0：s2表示是否允许售票员开门，其初值为0。
  

二 同步+互斥问题

2.1 果盘问题

• 一家四人父、母、儿子、女儿围桌而坐;桌上有一个水果盘；当水果盘空时，父亲可以放香蕉或者母亲可以放苹果，但盘中已有水果时，就不能放，父母等待。当盘中有香蕉时，女儿可吃香蕉，否则，女儿等待；当盘中有苹果时，儿子可吃，否则，儿子等待。
  
  
  

三 同步+资源管控问题

3.1 兔子问题

• 有一只最多能装 2 只兔子的铁笼子，猎人仅能向笼子中放入兔子（每次只能放入 1 只），若笼子是满的，则猎人必须等待；饭店老板仅能从笼子中取兔子（每次只能取出 1 只），若笼子是空的则他也必须等待。假设初始时笼子是空的。定义信号量并初始化，使用 P、V 操作模拟猎人和饭店老板进程之间的同步与互斥
  
  

3.2 数据写入和读取问题

• 设有一缓冲池P，P中含有20个可用缓冲区，一个输入进程将外部数据读入P，另有一个输出进程将P中数据取出并输出。若讲程每次操作均以一个缓冲区为单位，试用记录型信号量写出两个进程的同步算法,要求写出信号量的初值。
  

semaphore mutex=1; 
semaphore empty=20;
semaphore full=0;
int in,out = 0;
item p [20]; 
void Producer(){
	while(ture){
      producer an item in nextp;
      wait(empty);
      wait(mutex);
      p[in] := nextp;
      in := (in+1) mod 20;
      signal(mutex);
      signal(full);
   }
}
void Consumer(){
  while(ture){
 	 wait(full);
     wait(mutex);
     nextc := p[out];
     out := (out+1) mod 20;
     signal(mutex);
     signal(empty);
	}
}

3.3 图书馆问题

• 图书馆规定，每位进入图书馆的读者要在登记表上登记，退出时要在登记表上注销。（1）用信号量实现读者之间的互斥登记和注销;（2）图书馆共有100个座位，当图书馆中没有空座位时，后到的读者在图书馆要等待寺（阻塞）
  
  

3.4 超市问题

• 有一个超市，最多可容纳N个人进入购物，当N个顾客满员时，后到的顾客在超市外等待；超市中只有一个收银员。可以把顾客和收银员看作两类进程，两类进程间存在同步关系。写出用P、V操作实现的两类进程的算法
  

3.4.1 解法一

• 设一个整型变量S，同一个队列相对应。在S上定义两种操作：P操作和V操作。
  • 执行一次P操作，信号量S减1，S≥0时，调用P操作的进程继续执行；S＜0时，该进程被阻塞，并且被插入到等待队列中。
  • 执行一次V操作，信号量S加1，当S≥0时，调用V操作的进程继续执行：S≤0时，从信号量S对应的等待队列中选出一个进程进入就绪状态[3]。
• 在本题中，超市是公有资源，所以设置一个互斥信号量Sn，初值为n。当顾客进入超市时，首先要P(Sn)，离开时V(Sn)。 因为顾客进程和收银员进程之间是同步关系，整个超市只有一个收银员，一次只能有一个顾客付款，所以必须为收银员进程及顾客进程各设置一个私有信号量S1和S2，初值分别为0，0。顾客买完东西，去付款时，执行V(S1)，通知收银员有顾客付款。收银员进程此时就可以执行P(S1)，进入收费。收费完毕，收银员进程执行V(S2)，通知顾客进程。而顾客进程此时继续执行P(S2)，即可离开收银台。最后，执行V(Sn)，离开超市，释放资源。
  

3.4.2 解法二

• 超市能容纳N个顾客需要1个资源信号量s;
• 顾客购物后可以找收银员结账需要1个同步信号量sl;
• 收银员同一时间只能为1个顾客结账需要1个互斥信号量mutex;
• 收银员结账过后顾客才能离开需要1个同步信号量s2;【小结】共需要4个信号量，1个资源s、1个互斥mutex和2个同步信号量s1和s2。