用信号量进程同步与互斥

1.理解生产者和消费者问题

（1）没有引入信号量时的生产者和消费者进程，什么情况下会出现结果不唯一？什么情况下会出现永远等待？

结果不唯一:假如当前的产品数为8，如果生产者生产一件产品投入缓存区，拟执行产品数加一操作；同时消费者取走一样产品，拟执行产品数减一操作；假如两者交替执行加一或减一操作，取决于其执行速度，产品数为9或7，但正确为8.

永远等待：假如消费者读取产品数为0时，调度程序暂停消费者进程，让生产者进程运行，生产者加入一个产品，将产品数加一，它便调用wakeup（）函数来唤醒消费者；但是消费者未睡眠，则唤醒信号丢失，当消费者下次运行时，因已检测到产品数为0，于是去睡眠，当生产者将缓冲区填满后也去睡眠，这就会造成永远等待。

（2）用信号解决生产者和消费者的同步与互斥，要求能自己写出来。

int k;

typedef anyitem item;

item buffer[k];

int i=0,out=0,counter=0;

process producer(void){

        while(ture)  {

              {produce an item in nextp};

              if(counter==k)

                    sleep(producer);

              buffer[in]=nextp;

              in=(in+10)%k；

              counter++；

              if(counter==1)

                   wakeup9consumer）；} }

processconsumer（void){

          while(ture) {

               if(counter==0)

                       sleep(consumer);

                       nextc=buffer[out];

                       out=(out+1)%k;

                       counter--;

                       if(counter==k-1)

                             wakeup(producer);

                        {consume the item in nextc} ;  }  }

2.哲学家吃面问题

semaphore fork[5];

                           for(int i=0; i<5;i++)

                                fork[i]=1;

                      cobegin

                            process philosopher_i( ){

                                       while(ture){

                                                      think( );

                                                       P(fork[i]);

                                                       P(fork[(i+10%5])；

                                                                eat（）；

                                                       V(fork[i]);

                                                       V(fork[(i+10%5])；

                                                            }

                                           }

coend

3.读写文件问题

int readcount=0;

semaphore writeblock=1,mutex=1;

cobegin

process reader_i() {

         P(mutex);

       readcount++;

        if(readcount==1)

          P(writerblock);

          V(mutex);

          /*读文件*/

         P(mutex);

         readcount--;

         if(readcount==0)

                  V(writeblock);

           V(mutex);  }

coend

4.理发师问题

int waiting=0, chairs=n;

semaphore customers=0,barbers=0,mutex=1;

cobegin

     process barbers() {

           while(ture) {

                P(customers);

                P(mutex);

                waiting--;

                V(barbers); 

                V(mutex);

                cuthair();  } }

process customer_i() {

               P(mutex);

               if(waiting<chairs) {

                     waiting++;

                      V(customers）;

                       V(mutex);

                       P(barbers):

                       get_haircut();

}

else

        V(mutex);

}

coend

5.在一间酒吧里有三个音乐爱好者队列，第一队的音乐爱好者只有随身听，第二队只有音乐磁带，第三队只有电池。而要听音乐就必须随身听、音乐磁带和电池这三种物品俱全。酒吧老板一次出售这三种物品中的任意两种。当一名音乐爱好者得到这三种物品并听完一首乐曲后，酒吧老板才能再一次出售这三种物品中的任意两种。于是第二名音乐爱好者得到这三种物品，并开始听乐曲。全部买卖就这样进行下去。试用P，v操作正确解决这一买卖。

semaphore muext=1;

cobegin

process boss(){

             P(muext);

            /*老板任意出售两种*/

             V(muext);

}

process musiclovers_i() {

               while(ture){

                P(muext);

                 listening();

                V(muext);

}  }

coend

6.某银行有人民币储蓄业务，由n个储蓄员负责。每个顾客进入银行后先取一个号，并且等着叫号。当一个储蓄人员空闲下来，就叫下一个号。请用P，V操作正确编写储蓄人员和顾客进程的程序。

 semaphore customers=0,clerk=0,mutex=n;

int waiting=0;

cobegin

  process clerk() {

                   while(ture){

                            P(customers);

                            P(mutex);

                            waiting--;

                            V(clerk);

                            V(mutex);

                             service();

} }

process customer_i() {

                     P(mutex);

                     waiting++;

                      V(customers）;

                       V(mutex);

                       P(clerk):

                       get_service();

}

coend

7.下面是两个并发执行的进程。它们能正确运行吗？若不能请举例说明，并改正之。（5分）

parbegin

    var X：integer;

    process  P1                    process  P2

    var y，z：integer：            var t,u：integer；

     begin                          begin

       x:=1；                           x:=0：

       y:=0：                           t=0；   

       if  x≥l  then y:=y十1；    if  x≤l  then  t:=t+2；

            z:=y；                           u:=t；

     end；                         end；

parend.

 不能正确运行，因为会导致结果的不确定性，例如：若先执行完P₁再执行P₂结果是：x=0y=1z=1t=2u=2。 若先执行P₁到x：=1；然后一个中断去执行完P₂再一个中断回来执行完P₁结果是：x=0y=0z=0t=2u=2。

 改正：

parbegin

var x：integer； var s：semaphore：=1；

process P1                                   process P2

       var y,z：integer ;                             var ,tu：integer ;

begin                                           begin

      P(s)；                                           P(s)；

      x：=1；                                         x：=0；

      y：=0；                                         t：=0；

        if x>=1 then y：=y+1；                   if x<=1 then t：=t+2

      V(s)；                                            V(s)；

         z：=y；                                           u：=t；

end                                                end

parend

8.九、在一个盒子里，混装了相等数量的黑棋子和白棋子，现要用自动分拣系统把黑棋子和白棋子分开，该系统由两个并发执行的进程P1和P2组成，其中进程P1专门拣黑子，进程P2专门拣白子。规定两个进程轮流拣子且每个进程每次只拣一个子。当一个进程在拣子时不允许另一个进程去拣子，并设P1先拣。请用P，V操作管理这两个并发进程，使其能正确实现上述功能。

semaphore s1=1,s2=0;

cobegin {

      process P1

         begin

            repeat

                P(s1);

                 拣黑子；

                V（s2）;

              until false;

           end

  process P2

         begin

            repeat

                P(s2);

                 拣白子；

                V（s1）;

              until false;

           end

}

coend