[操作系统]进程同步 Reader-Writer问题共享缓冲区问题面包师问题吸烟者问题

1. Reader-Writer问题

2. 共享缓冲区问题

3. 面包师问题

4. 吸烟者问题

1. Reader-Writer问题

多个Reader进程，多个Writer进程，共享文件F

允许多个Reader进程同时读文件

不允许任何一个Writer进程与其他进程同时访问（读或写）文件

写出 Reader-Writer 问题的改进算法

避免由于不断有 Reader 出现而使得 Writer 无限期等待

int rc = 0; //reader的个数
Semaphore_t mutex = 1; //互斥对 rc 的访问
Semaphore_t f = 1; // 互斥对文件 F 的访问
Semaphore_t writer_wait = 1; // 当前是否有 writer 正在等待void reader() {while (1) {P(&writer_wait)P(&mutex); // 互斥对 rc 的访问rc++;if (rc == 1) P(&f);//第一个读者V(&mutex);V(&writer_wait);read_file(); //读文件 FP(&mutex);rc--;if (rc == 0) V(&f);//最后一个读者V(&mutex);use_data();}
}void writer() {while (1) {form_data();//准备数据P(&writer_wait);P(&f);write_file();//写文件V(&f);V(&writer_wait);}
}

2. 共享缓冲区问题

三个进程P1、P2、P3互斥使用一个包含N(N>0)个单元的缓冲区。
P1每次用produce()生成一个正整数并用put()送入缓冲区某一空单元中；
P2每次用getodd()从该缓冲区中取出一个奇数并用countodd()统计奇数个数；
P3每次用geteven()从该缓冲区中取出一个偶数并用 counteven()统计偶数个数。
试用信号量的P、V操作设计该问题的同步算法，给出所用共享变量（如果需要）和信号量及其初始值，并说明各自的含义。

Semaphore_t mutex = 1; //互斥对缓冲区的访问
Semaphore_t buffer = N; //缓冲区剩余资源数
Semaphore_t cur_odd = 0; //目前缓冲区中的奇数个数
Semaphore_t cur_even = 0; //目前缓冲区中的偶数个数P1() {while (true) {data = produce();P(&buffer);P(&mutex);put();V(&mutex);if (data % 2 == 1) V(&cur_odd);else V(&cur_even);}
}P2() {while (true) {P(&cur_odd);P(&mutex);getodd();countodd();V(&mutex);V(&buffer);}
}P3() {while (true) {P(&cur_even);P(&mutex);geteven();counteven();V(&mutex);V(&buffer);}
}

3. 面包师问题

面包师有很多面包和蛋糕，由N个销售人员销售。
每个顾客进店后先取一个号，并且等着叫号。
当一个销售人员空闲下来，就叫下一个号。
试用信号量的P、V操作设计该问题的同步算法，给出所用共享变量（如果需要）和信号量及其初始值，并说明各自的含义。

int num_clerk = 0; //销售人员叫号值
int num_customer = 0; //顾客取号值
Semaphore_t clerks = N; //销售人员个数
Semaphore_t customers = 0; //正在等待的顾客数
Semaphore_t mutex_clerk = 1; //互斥取号操作
Semaphore_t mutex_customer = 1; //互斥叫号操作//销售
Clerk() {while (true) {P(&customers);P(&mutex_clerk);num_clerk++;V(&mutex_clerk);sell_items(); //销售商品V(&clerks);}
}//顾客进店排队
//顾客买完面包就走了，不需要循环。
Customer() {P(&mutex_customer);get_number(); //取号num_customer++;V(&mutex_customer);V(&customers);P(&clerks);consume(); //购买
}

4. 吸烟者问题

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，第三个有自己的火柴。
供应者随机地将两样不同的东西放在桌子上，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，供应者再随机地把两样不同的东西放在桌子上，唤醒一个吸烟者。
试用信号量的P、V操作设计该问题的同步算法，给出所用共享变量（如果需要）和信号量及其初始值，并说明各自的含义。

Semaphore_t wake = 1; // 香烟供应者状态
Semaphore_t smoker1 = 0; // 第一个吸烟者状态
Semaphore_t smoker2 = 0; // 第二个吸烟者状态
Semaphore_t smoker3 = 0; // 第三个吸烟者状态//香烟提供者
vender() {while (1) {P(&wake);num = Random() % 3; //得到 0 - 2 的随机数if (num == 0)V(&smoker1);else if (num == 1)V(&smoker2);elseV(&smoker3);}
}//第一个吸烟者
smoker1() {while (1) {P(&smoker1);make(); //制作香烟smoke(); //抽烟V(&wake);}
}//第二个吸烟者
smoker2() {while (1) {P(&smoker2);make(); //制作香烟smoke(); //抽烟V(&wake);}
}//第三个吸烟者
smoker3() {while (1) {P(&smoker3);make(); //制作香烟smoke(); //抽烟V(&wake);}
}

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