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文章目录
- 一、前言🚀🚀🚀
- 二、正文☀️☀️☀️
- 三、总结🍓🍓🍓
一、前言🚀🚀🚀
修BUG的程序员
二、正文☀️☀️☀️
1.有一阅览室，共有100个座位。读者进入时必须先在一种登记表上登记，该表为每一座位列一个表目，包括座号和读者姓名。读者离开时要注销掉登记内容。试用wait和signal原语描述读者进程的同步问题。
在描述阅览室读者进程的同步问题时，我们需要确保在任何时候，座位的占用状态都被正确地反映出来，即当一个读者进入时，他们应该能够找到一个空座位并登记，而当他们离开时，他们应该注销自己的登记，以便其他读者可以使用该座位。
empty：表示空闲座位的数量。初始化为100，因为阅览室有100个座位。
mutex：用于保护对座位登记表的互斥访问。初始化为1，因为登记表在任何时候只能被一个读者访问。
semaphore empty = 100; // 空闲座位数量
semaphore mutex = 1; // 互斥信号量，保护登记表
// 读者进程
void reader_process() {
while (true) { // 假设读者进程不断循环
P(empty); // 等待一个空闲座位（wait操作）
P(mutex); // 请求对登记表的互斥访问
// 在这里登记座位和读者姓名
// ...
V(mutex); // 释放对登记表的互斥访问（signal操作）
// 读者阅读...
P(mutex); // 再次请求对登记表的互斥访问
// 在这里注销座位和读者姓名
// ...
V(mutex); // 释放对登记表的互斥访问（signal操作）
V(empty); // 释放一个座位（signal操作）
// 读者离开...
}
}
在这个伪代码中，P操作（wait）用于等待信号量变为非零值，并将其减一。如果信号量的值为零，则P操作会阻塞，直到信号量的值变为非零。V操作（signal）用于将信号量的值加一，并唤醒等待在该信号量上的一个或多个进程（如果有的话）。
注意，由于登记表是共享的，我们需要使用mutex信号量来确保在任何时候只有一个读者可以修改它。这通过在修改登记表之前和之后分别执行P(mutex)和V(mutex)来实现。
此外，还要注意，虽然在实际应用中读者进程可能不会无限循环，但在这个例子中，我们假设它们会不断循环以简化描述。在实际应用中，读者进程可能会在阅读后终止，或者等待某个事件（如新的书籍到达）来触发它们再次进入阅览室。
2、有一只铁笼子，每次只能放入一只动物，猎手向笼子里放入老虎，农民向笼子里放入猪；动物园等待取笼子里的老虎，饭店等待取笼子里的猪。现请用wait和signal操作写出能同步执行的程序。
empty：表示笼子是否为空，初始化为1（因为开始时笼子是空的）。
tigerReady：表示笼子里是否有老虎准备好被取走，初始化为0
（因为开始时没有老虎）。
pigReady：表示笼子里是否有猪准备好被取走，初始化为0
（因为开始时没有猪）。
猎手
void hunter() {
while (true) {
// 假设这里猎手捕获了一只老虎
// ...
P(empty); // 等待笼子为空
// 将老虎放入笼子
// ...
V(tigerReady); // 标记老虎已准备好
}
}
农民
void farmer() {
while (true) {
// 假设这里农民准备好了一只猪
// ...
P(empty); // 等待笼子为空
// 将猪放入笼子
// ...
V(pigReady); // 标记猪已准备好
}
}
动物园
void zoo() {
while (true) {
P(tigerReady); // 等待老虎准备好
// 从笼子中取出老虎
// ...
V(empty); // 标记笼子为空
}
}
这个设计确保了以下同步条件：
猎手只能在笼子为空时将老虎放入。
农民也只能在笼子为空时将猪放入。
动物园只能在老虎准备好时取出老虎。
饭店只能在猪准备好时取出猪。
每次取出动物后，笼子都被标记为空，以便下一个动物可以被放入。
需要注意的是，虽然这个程序模型可以同步地执行，但在实际应用中，我们还需要考虑错误处理、线程/进程间的通信机制（如果这是在多线程或多进程环境中实现的），以及可能的死锁或饥饿情况。此外，由于这是一个无限循环的模型，实际实现时可能需要某种形式的退出条件或中断机制。
3、某车站售票厅，任何时刻最多可容纳20名购票者进入，当售票厅中少于20名购票者时则厅外的购票者可立即进入，否则需在外面等待。若把一个购票者看作一个进程，请回答下列问题
(1)用PV操作管理这些并发进程时，应怎样定义信号量？写出信号量的初值以及信号量各种取值的含义。
(2)若欲购票者最多为n个人，写出信号量可能的变化范围(最大值和最小值)。
- 为了用PV操作（也称为P操作和V操作，或wait和signal操作）来管理这些并发进程（购票者），我们需要定义一个信号量来控制售票厅内的购票者数量。这个信号量可以命名为sem_tickets。
semaphore sem_tickets = 20; // 初值为20，表示售票厅最多可容纳20名购票者
sem_tickets 的值大于0：表示售票厅内当前还可以容纳的购票者数量。
sem_tickets 的值为0：表示售票厅内已经满员，达到最大容纳量，外面的购票者需要等待。
sem_tickets 的值小于0（在PV操作下通常不会出现负值，但理论上如果发生超卖，可能会是负值）：表示售票厅外等待进入的购票者数量（绝对值）。但在正常情况下，我们通过合适的PV操作可以避免这种情况。
购票者进入售票厅的PV操作：
P(sem_tickets); // 等待sem_tickets大于0，然后将其减1
// 进入售票厅购票
...
购票者离开售票厅的PV操作：
V(sem_tickets); // 将sem_tickets加1，表示售票厅内空出一个位置
(2) 若欲购票者最多为n个人，信号量sem_tickets的可能变化范围如下：
最大值：n，表示售票厅的最大容纳量。
最小值：0，表示售票厅已满，没有空闲位置供新的购票者进入。
但是，考虑到可能有购票者在售票厅外等待，信号量的实际最小值可以是负数，其绝对值表示等待进入的购票者数量。但在正常情况下，我们不希望信号量出现负值，因为这可能表示发生了超卖或其他异常情况。因此，在正常情况下，信号量的变化范围是：
最大值：n
最小值：0
4.在这个问题中，我们需要通过信号量（Semaphore）和P（wait）、V（signal）操作来确保在任何时候，只有一名音乐爱好者能够同时拥有听音乐的三种必需品：随身听、音乐磁带和电池。由于酒吧老板一次只能出售两种物品，我们需要设置合适的信号量来同步这个过程。
tape_available：表示是否有音乐磁带可用，初始化为1（因为一开始酒吧里有音乐磁带）。
player_available：表示是否有随身听可用，初始化为1（因为一开始酒吧里有随身听）。
battery_available：表示是否有电池可用，初始化为1（因为一开始酒吧里有电池）。
listening：表示是否有人在听音乐，初始化为0（因为一开始没有人听音乐）。
音乐爱好者想要听音乐的步骤将涉及以下操作：
等待三种物品中的任意两种可用（假设他们每次来酒吧时只带了他们没有的物品）。
请求第三种物品。
开始听音乐，并设置listening为1表示正在听。
听音乐结束后，释放所有物品，并设置listening为0。
semaphore tape_available = 1;
semaphore player_available = 1;
semaphore battery_available = 1;
semaphore listening = 0;
void music_lover(int type) {
// type 表示音乐爱好者的类型：0 = 只有随身听, 1 = 只有磁带, 2 = 只有电池
int other_items = 0; // 用于记录已获取的物品数量
while (true) {
if (type == 0) { // 只有随身听
P(player_available);
if (tape_available.value > 0 && battery_available.value > 0) {
P(tape_available);
P(battery_available);
other_items = 2;
}
} else if (type == 1) { // 只有磁带
P(tape_available);
if (player_available.value > 0 && battery_available.value > 0) {
P(player_available);
P(battery_available);
other_items = 2;
}
} else if (type == 2) { // 只有电池
P(battery_available);
if (player_available.value > 0 && tape_available.value > 0) {
P(player_available);
P(tape_available);
other_items = 2;
}
}
if (other_items == 2) { // 确保了有三种物品
P(listening); // 确保没有其他人正在听音乐
// 听音乐...
// 听音乐结束
V(listening); // 释放听音乐信号
// 释放所有物品
V(player_available);
V(tape_available);
V(battery_available);
other_items = 0;
}
// 如果因为缺少其他物品而未能开始听音乐，则释放已获取的物品
if (other_items < 2) {
if (other_items & 1) { // 假设只获取了随身听或磁带
V(type == 0 ? player_available : tape_available);
}
if (other_items & 2) { // 假设只获取了电池
V(battery_available);
}
}
}
}
注意：上述伪代码中有一些简化和假设，特别是关于other_items的处理和条件判断。在实际实现中，可能需要更复杂的逻辑来确保每次只释放正确的物品，并且需要处理所有可能的并发情况。此外，由于音乐爱好者可能会同时到达酒吧，因此可能还需要额外的同步机制来确保公平性和避免死锁。
5、某银行有人民币储蓄业务由n个柜员负责有1台取号机。每个顾客进入银行后先取一个号若有人取号则需等他人取完后才能取,取到号后等待叫号当一个柜员人员空闲下来就叫下一个号。试用P、V操作正确编写柜台人员和顾客进程的程序
semaphore mutex = 1;：用于控制对取号机的互斥访问，确保一次只有一个顾客可以取号。
semaphore queue = 0;：表示等待队列中的人数，初始为0，因为开始时没有顾客等待。每当一个顾客取号后，该信号量增加；每当一个柜员叫号后，该信号量减少。
顾客进程
procedure customer() {
P(mutex); // 请求对取号机的互斥访问
// 这里可以加入生成新号码的逻辑，但为了简化，我们假设号码是自动递增的
// 并且柜台系统已经维护了这个号码
print("Customer got a number");
V(mutex); // 释放取号机
P(queue); // 等待被叫号
print("Customer is being served");
// 模拟服务过程
// ...
// 服务完成，顾客离开
}
柜员进程
procedure teller() {
while (true) {
// 柜员进行其他准备工作或等待
// ...
// 假设柜员已经准备好服务下一个顾客
if (顾客等待条件) { // 在实际中，这可能需要通过其他机制来检测，比如检查等待队列长度
V(queue); // 叫下一个号，让等待队列中的一个顾客得到服务
// 柜员开始为顾客服务
// ...
// 服务完成后，柜员回到等待下一个顾客的状态
}
// 可能还有其他的柜员任务
// ...
}
}
注意：上述伪代码中的“顾客等待条件”是一个简化的说法，实际上柜员进程可能通过其他方式（如检查queue信号量的值）来决定是否应该叫号。然而，在标准的信号量用法中，queue的增加是由顾客进程通过P(mutex)后完成的，而减少（即叫号）是由柜员进程通过V(queue)完成的。
此外，如果银行系统需要跟踪具体的号码，那么可能还需要一个共享的全局变量（如current_number）来记录下一个将被叫到的号码，以及相应的同步机制来安全地更新这个变量。
三、总结🍓🍓🍓
