嗜睡地理发师问题.docx

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嗜睡地理发师问题

1、嗜睡的理发师问题：

一个理发店由一个有N沙发的等候室和一个放有一理发椅的理发室组成。

没有顾客要理发时，理发师便去睡觉。

当一个顾客走进理发店时，如果所有的沙发都已经占用，他便离开理发店；否则，如果理发师正在为其他顾客理发，则该顾客就找一空沙发坐下等待；如果理发师因无顾客正在睡觉，则由新到的顾客唤醒理发师为其理发。

在理发完成后，顾客必须付费，直到理发师收费后才能离开理发店，试用信号量实现这一同步问题。

intwaiting;//等候理发的顾客数

intCHAIRSr;//为顾客准备的椅子数

semaphoreCustomers,babers,mutex;

Customers=0;

barbers=0;

waiting=0;

mutex=1;

barber（）//理发师进程

{

while（TRUE）

{

wait（customers）;//若无顾客，理发师睡眠

wait（mutex）;//进程互斥

waiting=waiting-1;//等待顾客数少一

signal（barbers）；//理发师去为一个顾客服务

signal（mutex）;//离开临界区

Cut_hair（）;

}

}

Customer（inti）

{

wait（mutex）;//进程互斥

if（waiting

{

waiting=waiting+1;//等候顾客数加1

signal（customers）;//必要的话唤醒理发师

signal（mutex）;//开放临界区

wait（barbers）;//无理发师，顾客等待

get_haircut（）;//一个顾客坐下等理发

}

else

signal（mutex）;//人满了，走吧

}

1、嗜睡的理发师问题：

一个理发店由一个有N沙发的等候室和一个放有一理发椅的理发室组成。

没有顾客要理发时，理发师便去睡觉。

当一个顾客走进理发店时，如果所有的沙发都已经占用，他便离开理发店；否则，如果理发师正在为其他顾客理发，则该顾客就找一空沙发坐下等待；如果理发师因无顾客正在睡觉，则由新到的顾客唤醒理发师为其理发。

在理发完成后，顾客必须付费，直到理发师收费后才能离开理发店，试用信号量实现这一同步问题。

分析：

本题中，顾客进程和理发师进程之间存在着多种同步关系：

1．只有在理发椅空闲时，顾客才能做到理发椅上等待理发师理发，否则顾客便必须等待；只有当理发椅上有顾客时，理发师才可以开始理发，否则他也必须等待；这种同步关系类似于单缓冲的生产者-消费者问题中的同步关系，故可通过信号量empty和full来控制；

2．理发师为顾客理发时，顾客必须等待理发的完成，并在理发完成后理发师唤醒他，这可单独使用一个信号量cut来控制；

3．顾客理完发后必须向理发师付费，并等理发师收费后顾客才能离开；而理发师则需等待顾客付费，并在收费后唤醒顾客以允许他离开，这可分别通过两个信号量payment和receipt来控制。

4．等候室中的N帐沙发是顾客竟争的资源，故还需为它们设置了一个资源信号量sofa

5．为了控制顾客的人数，使顾客能自所有的沙发都被占用时离开理发店，还必须设置一个整型变量count来对理发店重的顾客进行计数，该变量将被多个顾客进程互斥地访问并修改，这可通过一个互斥信号量mutext来实现。

答：

为解决上述问题，需设置一个整型变量count用来对理发店重的顾客进行计数，并需设置7个信号量，其中：

mutex用来实现顾客进程对count变量的恶互斥访问，其初值为1；sofa是对应于等候室中N沙发的资源信号量，其初值为N；empty表示是否有空闲的理发椅，其初值为1；full表示理发椅上是否有等待理发的顾客，其初值为0；cut用来等待理发的完成，其初值为0；payment表示用来等待付费，其初值为0；receipt用来等待收费，其初值为0。

具体算法描述如下：

Intcout=0；

Semaphoremutex=1,sofa=N,empty=1,full=0,cut=0,payment=0,receipt=0;

processguesti（）顾客i

{wait（mutex）;//count既用于判断，也要修改，所以为临界资源，用mutex管理互斥，但由于是分支结构，所以要在每个分支结构中注意离开count的临界区时使用signal释放临界资源

if（count>N）//沙发中已经坐满客人N个和正在理发的1位，没有沙发，客人离开理发店

{signal（mutex）;

exitshop;

}

else

{count=count+1;

if（count>1）//count>1，意味着原来理发店里有客人，所以不能坐理发椅，需要坐到沙发上等待

{signal（mutex）；

wait（sofa）;//申请沙发，肯定能得到

sitonsofa;

wait（empty）;//申请理发椅，等不到阻塞，得到，则从沙发上站起，准备坐到理发椅上

getupformsofa;

signal（sofa）;//归还沙发

}

else

{signal（mutex）；

wait（empty）;//count==1，意味着这个店里只有这一个顾客，他不必要申请沙发，直接申请理发椅即可

}

sitonthebaber_chair;

signal（full）;//若理发师阻塞，则唤醒理发师，若未阻塞，则将full由0增1，理发师申请理发时即可通过

wait（cut）;//测试理发是否完成，没有则阻塞

pay;

signal（payment）;//若理发师阻塞，则唤醒理发师告知其已经付费，若未阻塞，则将paymentl由0增1，理发师申请理要求付费时即可通过

wait（receipt）;////测试理发师收费是否完成，没有则阻塞

getupformthebaber_chair;//理发师收费完成，顾客离开理发椅

signal（empty）;//释放理发椅

wait（mutex）;//对count临界资源操作，用mutex完成互斥

count=count-1;

signal（mutex）;

exitshop;

}

}

processbarber（）

{while

（1）

{wait（full）;//测试理发椅上是否有顾客，无则阻塞

cuthair;

signal（cut）;//告知顾客理发完成

wait（payment）;//测试顾客是否付费

acceptpament;

signal（receipt）;//告知顾客收费完毕

}

}

main（）

{cobegin

{guesti（）;

Barber（）;

}

}

5、设有两个生产者进程A、B和一个销售者进程C，他们共享一个无限大的仓库，生产者每次循环生产一个产品，然后入库供销售；销售者每次循环从仓库中取出一个产品进行销售。

如果不允许同时入库，也不允许边入库边出库；而且要求生产和消费A产品和B产品的件数都满足一下关系：

-n≤A的件数－B的件数≤m，其中n、m是正整数。

分析：

本题中存在着以下的同步和互斥关系：

生产者A、B和消费者之间不能同时将产品入库和出库，故仓库是一个临界资源；两个生产者之间必须进行同步，当生产的A、B产品的件数之差大于等于m时，生产者A必须等待；小于等于-n时，生产者B必须等待；生产者和销售者之间也必须进行同步，只有当生产者生产出产品并入库后，销售者才能进行销售；而且由于销售的产品件数必须满足关系-n≤A的件数－B的件数≤m，因此当销售的A、B产品件数之差大于等于m而仓库中已无B产品时，或者销售的A、B产品的件数之差小于等于-n而仓库中已无A产品时，销售者C必须等待

生产的A、B产品必须满足：

-n≤A的件数－B的件数≤m，如例题4中，同样的方法管理，分别使用了信号量SAB和SBA；

仓库的管理只要求出入库互斥，由于仓库无限大入库只好操作互斥就可以完成，出库要考虑有无产品，SA对应于仓库中的A产品量，SB对应于仓库中的B产品量；

销售要满足：

-n≤A的件数－B的件数≤m，用difference表示A的件数－B的件数，即difference=A的件数－B的件数;difference==-n的时候，不能取产品B，只能取A；difference==m的时候，不能取产品A，只能取B；-n

答：

为了互斥地入库和出库，蓄为仓库设置一初值为1的互斥信号量mutex；为了使生产的产品件数满足-n≤A的件数－B的件数≤m，须设置两个同步的信号量，其中SAB表示当前允许A生产的产品数量，其初值为m，SBA表示当前允许B生产的产品数量，其初值为n；另外，还需设置一个整数difference表示所销售的A、B产品数量之差，而为了同步生产者和销售者并使销售的A、B产品的件数-n≤A的件数－B的件数≤m，还需要设置三个资源信号量，其中s对应于仓库中的总的产品量，SA对应于仓库中的A产品量，SB对应于仓库中的B产品量，它们的初值都为0.

SemaphoreSAB=m,SBA=n,S=0,SA=0,SB=0,mutex=1;

processA（）

{while

（1）

{//生产产品，-n≤A的件数－B的件数≤m，方法同第4题

wait（SAB）;

ProduceaproductA;

signal（SBA）;

//入库操作，满足出入库操作互斥即可

wait（mutex）;

addtheproductAtothestorehouse;

signal（mutex）;

signal（SA）;//入库产品A一件，所以给SA增值

signal（（S）;//入库产品一件，所以给S增值，S是仓库中全部产品的数量

}

}

processB（）

{while

（1）

{//生产产品，-n≤A的件数－B的件数≤m，方法同第4题

wait（SBA）;

ProduceaproductB;

signal（SAB）;

//入库操作，满足出入库操作互斥即可

wait（mutex）;

addtheproductAtothestorehouse;

signal（mutex）;

signal（SB）;//入库产品A一件，所以给SA增值

signal（（S）;//入库产品一件，所以给S增值，S是仓库中全部产品的数量

}

}

processB（）

{while

（1）

{wait（S）;//首先检查有无产品，无产品阻塞，有产品，下面操作将会取走一件产品，所以S减1

if（difference<=-n）

{wait（SA）;//difference<=-n时只能取A产品一件，无A产品则需阻塞

//出库操作，满足出入库操作互斥

wait（mutex）;

takeaproductAfromstorehouse;

signal（mutex）;

difference++;//取A产品一件，difference++

}

elseif（difference>=m）

{wait（SB）;//difference>=m时只能取B产品一件，无B产品则需阻塞

//出库操作，满足出入库操作互斥

wait（mutex）;

takeaproductBfromstorehouse;

signal（mutex）;

difference--;//取B产品一件，difference--

}

else

{//-n

//出库操作，满足出入库操作互斥

wait（mutex）;

takeaproductA或Bfromstorehouse;

signal（mutex）;

if（product_type==A）

{//取的是产品A，则信号量SA减1，这里不可能发生没有A产品，进程C需要阻塞的情况

wait（SA）;

difference++;//取A产品一件，difference++

}

else

{//取的是产品B，则信号量SB减1，这里不可能发生没有B产品，进程C需要阻塞的情况

wait（SB）;

difference--;//取B产品一件，difference--

}

}

Selltheproduct;

}

}

main（）

{

cobegin{

A（）;

B（）;

C（）;

}

}

6、考虑三个吸烟者进程和一个经销商进程的系统。

每个吸烟者连续不断地做烟卷并抽他做好的烟卷，做一支烟卷需要烟草、纸和火柴三种原料。

这三个吸烟者分别掌握有烟草、纸和火柴。

经销商源源不断地提供上述三种原料，但他只将其中的两种原料放在桌上，具有另一种原料的吸烟者就可以做烟卷并抽烟，且在做完后给经销商发信号，然后经销商再拿出两种原料放在桌上，如此反复。

试设计一个同步算法来描述他们的活动。

SemaphoreSA=SB=SC=0,SD=1;

i:

integer;

processsmokerA（）

{while

（1）

{wait（SA）;

制烟;

signal（SD）;

吸烟；

}

}

processsmokerB（）

{while

（1）

{wait（SB）;

制烟;

signal（SD）;

吸烟；

}

}

processsmokerC（）

{while

（1）

{wait（SC）;

制烟;

signal（SD）;

吸烟；

}

}

Processprovider（）

{while

（1）

{wait（SD）;

i=random

（2）;

switch（i）

{case'0':

signal（SA）;

case'1':

signal（SB）;

case'2':

signal（SC）;

}

main（）

{

cobegin{

somkerA（）;

somkerB（）;

somkerC（）;

provider（）;

}

}

5、现有四个进程R1、R2、W1、W2，它们共享可以存放一个数的缓冲器B。

进程R1每次把来自键盘的一个数存入缓冲器B中，供进程W1打印输出；进程R2每次从磁盘上读一个数存放到缓冲器B中，供进程W2打印输出。

为防止数据的丢失和重复打印，问怎样用信号量操作来协调这四个进程的并发执行。

semaphoreS=1,S1=S2=0;

bufferB;

processR1（）

{intx;

while

（1）

{接收来自键盘的数;

x=接收的数;

wait（S）;

B=x;

signal（S1）;

}

}

processR2（）

{inty;

while

（1）

{从磁盘上读一个数;

y=接收的数;

wait（S）;

B=y;

signal（S2）;

}

}

processW1（）

{intk;

while

（1）

{wait（Sl）;

k=B;

signal（S）;

打印k中数;

}

}

processW2（）

{intj;

while

（1）

{wait（S2）;

j=B;

signal（S）;

打印j中数;

}

}

main（）

{

cobegin{

R1（）;

R2（）;

W1（）;

W2（）;

}

6、a，b两点之间是一段东西向的单行车道，现要设计一个自动管理系统，管理规则如下：

当ab之间有车辆在行驶时同方向的车可以同时驶入ab段，但另一方向的车必须在ab段外等待；当ab之间无车辆在行驶时，到达a点（或b点）的车辆可以进入ab段，但不能从a点和b点同时驶入，当某方向在ab段行驶的车辆驶出了ab段且暂无车辆进入ab段时，应让另一方向等待的车辆进入ab段行驶。

请用信号量机制为工具，对ab段实现正确管理以保证行驶安全。

SemaphoreS1=1,S2=1,Sab=1;

intab=ba=0;

processPab（）

{

while

（1）

{

wait（S1）;

if（ab==0）

wait（Sab）;

ab=ab+1;

signal（S1）;

车辆从a点驶向b点;

wait（S1）;

ab=ab-1;

if（ab==0）

signal（Sab）;

signal（S1）;

}

}

processPba（）

{

while

（1）

{

wait（S2）;

if（ba==0）

wait（Sab）;

ba=ba+1;

signal（S2）;

车辆从b点驶向a点;

wait（S2）;

ba=ba-1;

if（ba==0）

signal（Sab）;

signal（S2）;

}

}

main（）

{

cobegin{

Pab（）;

Pba（）;

}

}