老狗——经典同步问题

一.生产者与消费者问题

1.empty、full两者有天然的数量关系，在PV控制下值不断变化，但在值等于0的点上是控制顺序的关键

2.执行代码

生产者：

producer :
produce an item in nexp;
wait(empty);///在不满的情况下，才可以往下进行，empty==0是一个临界点
wait(mutex);///互斥信号量mutex,保证生产者和消费者对缓冲池的互斥使用
buffer(in):=nexp;
in:=(in+1) mod n;
signal(mutex);
signal(full);//full表示满缓冲池的数量
until false;

消费者：

consumer :
repeat
wait(full);//在没有全空的情况下，才可以往下进行，full==0是一个临界点
wait(mutex);
nextc:=buffer(out);
out:=(out+1) mod n;
signal(mutex);
signal(empty);
consume the item in nexc;
until false;

3.检查：

• 每个程序中用于实现互斥的wait(mutex)和signal(mutex)必须成对地出现。
• 控制顺序的信号量empty和full的wait和signal操作，成对地出现在不同的进程中。
• 在每个程序中的多个wait操作顺序不能颠倒。且应先执行对资源信号量的wait操作，再执行对互斥信号量的wait操作，否则可能引起进程死锁。
• 模拟交替执行过程，检查控制是否正确。

二.哲学家进餐问题

五个哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围的五张椅子上，在桌子上有五只碗和五只筷子，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐。平时，一个哲学家进行思考，饥饿时便试图取用其左右最靠近他的筷子，只有在他拿到两只筷子时才能进餐。进餐毕，放下筷子继续思考。

1.记录型信号量解决哲学家进餐问题

筷子是临界资源，在一段时间内只允许一个哲学家使用。为实现对筷子的互斥使用，用一个信号量表示一只筷子，五个信号量构成信号量数组。
Var chopstick: array [0, …, 4] of semaphore;
所有信号量均被初始化为1。

2.就餐死锁问题

假如五位哲学家同时饥饿而各自拿起左边的筷子时，就会使五个信号量chopstick均为0，当他们再试图去拿右边的筷子时，都将因无筷子可拿而无限等待。

3.解决方法：

(1)数量控制

至多只允许有四位哲学家同时去拿左边的筷子，最终能保证至少有一位哲学家能够进餐，并在用毕后释放出他用过的两只筷子，从而使更多的哲学家能够进餐。—限制并发执行的进程数

semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1};
semahpore eat=4;//计数控制
do{
wait(eat);///对资源先进行互斥
wait(chopstick[ i ]);
wait(chopstick[ ( i +1) mod 5] );

 eat;
 …
      signal(chopstick[ i ]);
      signal(chopstick[ ( i +1) mod 5] );
      signal(eat);
 …
 think;}while(true)

仅当哲学家的左右筷子均可用时，才允许他拿起筷子进餐。

规定奇数号哲学家先拿他左边的筷子，然后再去拿右边的筷子；偶数号哲学家则相反。保证总会有一个哲学家能同时获得两只筷子而进餐。

(2)一刀切

仅当哲学家的左右两只筷子均可用时，才允许他拿起筷子进餐。—采用AND信号量。

semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1};
do{
think
Swait(chopstick[(i+1)%5],chopstick[i]);///同时申请两个资源
eat
Singal(chopstick[(i+1)%5],chopstick[i]);
}while[true];

三.读者-写者问题

1.读者优先 ：若读者先占有互斥信号量，只有最后一个读者离开，计数降为0时才释放信号量

2.合理的同步关系是：

• 多个读进程可同时读;
• 作家进程与任何其他进程（包括阅读器进程或其他作家进程）不允许同时访问文件。

3.执行代码

读者：(重点)

semaphore rmutex=1,wmutex=1;
int readcount=0;

void reader(){
do{
wait(rmutex); ///第一个读互斥
if(readcount==0) wait(wmutex);///读者与写者之间的互斥
readcount=readcount+1;
signal(rmutex);
...
perform read operation;
...
wait(rmutex);///最后一个读互斥
readcount–;
if(readcount==0) signal(wmutex);
signal(rmutex);
}while(true);
}

写者：

void Writer()
{
do{
wait(wmutex);
.....
signal(wmutex);
}while(true);
}