操作系统–经典进程同步与互斥问题

我以下所写的算法都是基于我所学习的书籍《计算机操作系统–第4版》的第84页所写

仅供参考如有错误烦请指出

1.生产者消费者算法

semaphore mutex = 1; // 用于互斥访问
semaphore empty = n; //空闲区的数量 
semaphore full = 0;  //有数据的缓冲区数量（也就是产品的数量）

void 生产者()
{
    while(true)
    {	
       ---生产产品---
       P(empty); // 生产完产品需要申请空闲区 如果没有空闲区则需要等待
       P(mutex);
       ---放入缓冲区---
       V(mutex);
       V(full);  // 缓冲区新增一个产品
	}
}

void 消费者()
{
    while(true)
    {	
       P(full); // 需要申请产品 如果没有产品则需要等待
       P(mutex);
       ---拿出产品---
       V(mutex);
       V(empty);   // 使用完产品则空出一个空闲区
       ---使用产品---
	}
}

2.读者写者问题

① 读者优先

semaphore Rmutex = 1; // 用于实现对互斥变量Rcount的互斥访问访问
semaphore Wmutex = 1; // 用于实现对临界资源的互斥访问访问
int Rcount = 0; // 记录正在读取数据的读者的数量

void 读者()
{
  while(true)
  {
      P(Rmutex);
      if(Rcount == 0) P(Wmutex);
      Rcount++;
      V(Rmutex);
      ---读操作---
      P(Rmutex);
      Rcount--;
      if(Rcount == 0) V(Wmutex);
      V(Rmutex);
  }
}

void 写者()
{
  while(true)
  {
     P(Wmutex);
     ---写操作---
     V(Wmutex);
  }
}

②读写公平（先来先服务）

这个算法是在读者优先的基础上进行修改得来的

（增加一个互斥变量mutex 实现读写公平实现了先来先服务）

semaphore Rmutex = 1; // 用于实现对互斥变量Rcount的互斥访问访问
semaphore Wmutex = 1; // 用于实现对临界资源的互斥访问访问
semaphore mutex = 1; 
int Rcount = 0; // 记录正在读取数据的读者的数量

void 读者()
{
  while(true)
  {
      P(mutex);
      P(Rmutex);
      if(Rcount == 0) P(Wmutex);
      Rcount++;
      V(Rmutex);
      V(mutex;)
      ---读操作---
      P(Rmutex);
      Rcount--;
      if(Rcount == 0) V(Wmutex);
      V(Rmutex);
  }
}

void 写者()
{
  while(true)
  {
     P(mutex);
     P(Wmutex);
     ---写操作---
     V(Wmutex);
     V(mutex);
  }
}

③写者优先

semaphore read = 1;
semaphore mutex = 1; // 用于实现对临界资源的互斥访问访问
semaphore RC = 1; // 用于实现对互斥变量Rcount的互斥访问访问
semaphore WC = 1; // 用于实现对互斥变量Wcount的互斥访问访问
int Wcount = 0; // 记录正在写数据的写者的数量
int Rcount = 0; // 记录正在读取数据的读者的数量

void 读者()
{
	while(true)
    {
        P(read);
        P(RC);
        if(Rcount == 0) P(mutex);
        Rcount++;
        V(RC);
        V(read);
        ---读操作---
        P(RC);
        Rcount--;
        if(Rcount == 0) V(mutex);
        V(RC);
    }
}

void 写者()
{
	while(true)
    {
        P(WC);
        if(Wcount == 0) P(read);
        Wcount++;
        V(WC);
        P(mutex);
        ---写操作---
        V(mutex);
        P(WC);
        Wcount--;
        if(Wcount == 0) V(read);
        V(WC);
    }
}

3.哲学家进餐问题

①课本上的算法（会发生死锁）

semaphore chopstick[5] = {1,1,1,1,1};

void 哲学家()
{
    while(true)
    {
        P(chopstick[i]); //申请左边的筷子
        P(chopstick[i + 1]);//申请右边的筷子
        ---进餐---
        V(chopstick[i]);
        V(chopstick[i + 1]);
        ---思考---
    }
}

②改进后(只允许一个人吃饭)

semaphore chopstick[5] = {1,1,1,1,1};
semaphore mutex = 1;

void 哲学家()
{
    while(true)
    {
        P(mutex);
        P(chopstick[i]); //申请左边的筷子
        P(chopstick[i + 1]);//申请右边的筷子
        V(mutex);
        ---进餐---
        V(chopstick[i]);
        V(chopstick[i + 1]);
        ---思考---
    }
}

4.打瞌睡的理发师问题

#define CHAIRS = 5;
semaphore customer = 0; //等待理发师的顾客数
semaphore barners = 0; //等待顾客的理发师
semaphore mutex = 1;
int waiting = 0;

void 理发师()
{
    P(customer);
    P(mutex);
    waiting--;
    V(barners);
    V(mutex);
    cut_hair();
}

void 顾客()
{
    P(mutex);
    if(waiting < CHAIRS)
    {
        waiting++;
        V(customers);
        V(mutex);
        P(barners);
        get_haircut();
    }
    else
    {
        V(mutex);
    }
}

5.补充：103页售票大厅

购票者的工作过程

semaphore empty = 200;
semaphore wait = 0;
semaphore mutex = 1;

void wait()
{
    P(empty);
    V(wait);
}

void buy()
{
    P(wait);
    P(mutex);
    ---买票---
    V(mutex);
    V(empty);
}