信号量解决五个哲学家吃通心面问题
题型一
有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有盘通心面，每人面前有一只空盘于，每两人之间放一把叉子。每个哲学家思考、饥饿、然后吃通心面。为了吃面，每个哲学家必须获得两把叉子，且每人只能直接从自己左边或右边去取叉子。
Semaphore fork[5]={1,1,1,1,1}；
Semaphore footman=4;
//最多允许4个哲学家进程同时进行
cobegin
process philosopher_i(){/*i=0,1,2,3,4 */
while(true){
P(footman);
Think();
P(fork[i]);
P(fork[(i+1)%5]);
Eat();
V(fork[i]);
V(fork[(i+1)%5]);
V(footman);
}
}
coend
题型二
哲学家甲请哲学家乙、丙、丁到某处讨论问题，约定全体到齐后开始讨论；在讨论的间隙四位哲学家进餐，每人进餐时都需使用刀、叉各一把，餐桌上的布置如下图所示。用信号量机制说明四位哲学家的同步互斥过程。
分析
标准的哲学家进餐问题，只是哲学家人数和餐具及分布与经典哲学家进餐问题略有不同
数据结构
semaphore fork1,fork2,knife1,knife2;
frok表示叉，knife表示刀，初值均为1
pa //哲学家甲
do{
P(knife1);
P(fork1);
进餐；
V(knife1);
V(fork1);
讨论问题；
}while(1);
pb //哲学家乙
do{
P(knife2);
P(fork1);
进餐；
V(knife2);
V(fork1);
讨论问题；
}while(1);
pa //哲学家丙
do{
P(knife2);
P(fork2);
进餐；
V(knife2);
V(fork2);
讨论问题；
}while(1);
pb //哲学家丁
do{
P(knife1);
P(fork2);
进餐；
V(knife1);
V(fork2);
讨论问题；
}while(1);
理发师问题
理发店理有一位理发师、一把理发椅和n把供等候理发的顾客坐的椅子
如果没有顾客，理发师便在理发椅上睡觉
一个顾客到来时，它必须叫醒理发师
如果理发师正在理发时又有顾客来到，则如果有空椅子可坐，就坐下来等待，否则就离开
int waiting=0;//等候理发顾客数
int CHAIRS=N; //为顾客准备的椅子数
semaphore customers,barbers,mutex;
customers=0;barbers=0;mutex=1;
cobegin
process barber( ) {
while(true) {
P(customers); //有顾客吗？若无顾客，理发师睡眠
P(mutex); //若有顾客时，进入临界区
waiting--; //等候顾客数少一个
V(barbers); //理发师准备为顾客理发
V(mutex); //退出临界区
cut_hair(); //理发师正在理发(非临界区)
}
}
process customer_i( ) {
P(mutex); //进入临界区
if(waiting<CHAIRS) { //有空椅子吗
waiting++; //等候顾客数加1
V(customers); //唤醒理发师
V(mutex); //退出临界区
P(barbers); //理发师忙，顾客坐下等待
get_haircut(); //否则顾客坐下理发
}
else V(mutex); //人满了，走吧！
}
coend
运行过程：
- customer : p(mutex)
- customer : waiting
- customer : v(customers)
- barber : p(customers) → p(mutex) & waiting
- customer : v(mutex)
- barber : p(mutex)
- barber : wating - -
- barber : v(barbers)
- barber : v(mutex)
- customer : p(barbers)
- barber : cut_hair( )
- customer : get_haircut( )
生产者消费者问题
①一个生产者、一个消费者共享一个缓冲区 ②一个生产者、一个消费者共享多个缓冲区 ③多个生产者、多个消费者共享多个缓冲区
一个生产者、一个消费者共享一个缓冲区
int B;
semaphore empty; //可以使用的空缓冲区数
semaphore full; //缓冲区内可以使用的产品数
empty=1; //缓冲区内允许放入一件产品
full=0; //缓冲区内没有产品
****cobegin
process producer(){
while(true){
produce( );
P(empty);
append( ) to B;
V(full);
}
}
coend****
****cobegin
process consumer(){
while(true) {
P(full);
take( ) from B;
V(empty);
consume( );
}
}
coend****
多个生产者/消费者、共享多个缓冲区的解
桌子上有一个盘子，可以存放一个水果。父亲总是放苹果到盘子中，而母亲总是放香蕉到盘子中；儿子专等吃盘中的香蕉，而女儿专等吃盘中的苹果。
item B[k];
semaphore empty;
empty=k;
semaphore full;
full=0;
semaphore mutex=1; //互斥信号量
int in=0; //放入缓冲区指针
int out=0; //取出缓冲区指针
cobegin
cobegin
process producer_i ( ){
while(true) {
produce( );
P(empty);
P(mutex);
append to B[in];
in=(in+1)%k;
V(mutex);
V(full);
}
}
coend
cobegin
process consumer_j ( ){
while(true) {
P(full);
P(mutex);
take( ) from B[out];
out=(out+1)%k;
V(mutex);
V(empty);
consume( );
}
}
coend
读者写者问题
有两组并发进程：读者和写者，共享一个文件F
允许多个读者同时执行读操作
任一写者在完成写操作之前不允许其它读者或写者工作
写者执行写操作前，应让已有的写者和读者全部退出
int readcount=0;//读进程计数
semaphore writeblock = 1;
semaphore mutex= 1;
cobegin
process reader_i( ){
P(mutex);
readcount++;
if(readcount==1)P(writeblock);
V(mutex);
{读文件};
P(mutex);
readcount--;
if(readcount==0)V(writeblock);
V(mutex);
}
coend
cobegin
process writer_j( ){
P(writeblock);
{写文件};
V(writeblock);
}
coend
某小型超级市场有一个出入口，出入口处有80个篮子，每个购物者拿到一只篮子后可入内购物，购物结束后在出入口处结账，并归还篮子。出入口处禁止多人同时通行，试用信号量和P、V操作写出购物物者进程的同步算法
semaphore count=80,mutex = 1;
shopping( )//购物者进程{
P(count)
P(mutex)
进入超市购物
V(mutex)
P(mutex)
结账离开
V(mutex)
V(count) }
某车站售票厅有一个售票窗口，窗口不允许同时有多个人买票，任何时刻最多可容纳20名购票者进入售票厅排队，当售票厅内已有20名购票者时，其余购票者需在外面等待。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，写出信号量的定义及初值;
(2)根据所定义的信号量，在下面程序段中合适的位置加上PV操作，以保证进程能正确地并发执行。
semaphore mutex = 1 ;//用于购票窗口互斥
semaphore count = 20 ;//用于表示可容纳20人购票进程同步
cobegin
PROCESSPI(I=1，2，……)//购票者进程1,2.......{
P(count)
进入售票厅；
P(mutex)
购票；
V(mutex);
退出；
V(count);
}
coend
设公共汽车上，司机和售票员的活动分别如下：司机的活动：启动车辆：正常行车：到站停车。售票员的活动：关车门：售票：开车门。在汽车不断地到站、停车、行驶过程中，这两个活动有什么同步关系?用信号量和P、V操作实现它们的同步。
semaphore door = 0 , stop = 0 ;
process driver()
{
P(door)
启动车辆，正常行车
车辆到站停车
V(stop)
}
process saler()
{
关车门
V(door)
售票
P(stop)
开车门
}
另一个经典同步问题：吸烟者问题(patil , 1971 )。三个吸烟者在一个房间内，还有一个香烟供应者。为了制造并抽掉香烟，每个吸烟者需要三样东西：烟草、纸和火柴，供应者有丰富货物提供。三个吸烟者中，第一个有自己的烟草，第二个有自己的纸和第三个有自己的火柴。供应者随机地将两样东西放在桌子上，允许一个吸烟者进行对健康不利的吸烟。当吸烟者完成吸烟后唤醒供应者，供应者再把两样东西放在桌子上，唤醒另-一个吸烟者。试采用:(1 )信号量和P、V操作编写他们同步工作的程序。
Semaphore a=b=c=0，s=1;
Cobegin
Process P1(){
while(1){
P(a)
卷烟，抽烟
V(s)
}}
Process p2(){
while(1){
P(b)
卷烟，抽烟
V(s)
}}
Process p3(){
while(1){
P(c)
卷烟，抽烟
V(s)
}}
Process supply(){
while(1){
P(s)
if(放烟草和纸) V(c)
else if(放烟草和胶水) V(b)
else V(a)
}}
Coend
