信号量相关问题典型案例

2021年06月19日 842 字大概 3 分钟

此为博主从个人csdn博客搬运来的第三篇，内容关于操作系统中信号量的经典题目。

题干

类读者写者问题

有P1、P2、P3三类进程共享同一表格F，其中P1对F只读不写，P2对F只写不读，P3对F先读后写。不同进程可同时读F，但如果有进程写时，其余进程不能读或写。请用信号量以及P、V操作给出解决方案，并做一定分析。

理发师问题

理发店中有一位理发师，一把理发椅，N个候坐用的凳子。若无顾客，则理发师睡觉，且第一个顾客到来时叫醒理发师；若理发师正理发时有顾客到店，有空凳子就坐下，没有就离开。请用信号量以及P、V操作给出解决方案。

解法

类读者写者问题

简要分析：这是典型的读者写者问题，P1相当于读者，P2为写者，P3则是先读者后写者的角色。(本解答只是其中两种较简单的解法)

作答：

解法一

// 设置信号量以及相关参数
semaphore w = 1;			//用以保持读者写者、写者写者互斥
semaphore mutex = 1;		//用以互斥访问count
int count = 0;				//用以记录当前读者数

P1(){
	while(1) {
		P(mutex);
		if (count == 0) P(w);
		count++;
		V(mutex);
		reading...
		P(mutex);
		count--;
		if (count == 0) V(w);
		V(mutex);
	}
}

P2(){
	while(1) {
		P(w);
		writing...
		V(w);
	}
}

P3(){
	while(1) {
		P(mutex);
		if (count == 0) P(w);
		count++;
		V(mutex);
		reading...
		P(mutex);
		count--;
		if (count == 0) V(w);
		V(mutex);
		P(w);
		writing...
		V(w);
	}
}

简要分析：此解法满足读者优先的策略，因为一旦有读者进程进入便可抢占插入到写者进程之前。

解法二

// 设置信号量以及相关参数
semaphore rw = 1;			//用以保持读者写者、写者写者互斥
semaphore w = 1;			//用以实现读写公平
semaphore mutex = 1;		//用以互斥访问count
int count = 0;				//用以记录当前读者数

P1(){
	while(1) {
		P(w);
		P(mutex);
		if (count == 0) P(rw);
		count++;
		V(mutex);
		V(w);
		reading...
		P(mutex);
		count--;
		if (count == 0) V(rw);
		V(mutex);
	}
}

P2(){
	while(1) {
		P(w);
		P(rw);
		writing...
		V(rw);
		V(w);
	}
}

P3(){
	while(1) {
		P(mutex);
		if (count == 0) P(w);
		count++;
		V(mutex);
		reading...
		P(mutex);
		if (count == 0) V(w);
		count--;
		V(mutex);
		P(w);
		P(rw);
		writing...
		V(rw);
		V(w);
	}
}

简要分析：此解法可实现较为公平的读写，因为此解法遵循先来先服务的原则。

理发师问题

对于理发师问题，可设置三个信号量加以解决

semaphore mutex = 1;			//用于互斥访问count
semaphore barber = 0;			//可理解为可用的理发师资源(清醒时)
semaphore customer = 0;			//可理解为等待理发的顾客
int count = 0;					//相当于customer的计数

Barber(){
	while(1) {
		P(customer);		//等候顾客，即睡觉
		P(mutex);			//有顾客，进入临界区
		count--;
		V(barber);			//可理解为释放一个理发师资源
		V(mutex);			//退出临界区
		理发……
	}
}

Customer(){
	P(mutex);				//有顾客来，进入临界区
	if (count < N) {		//若有空位置则坐下
		count++;			//等待顾客数加一
		V(customer);		//唤醒理发师
		V(mutex);			//退出临界区
		P(barber);			//可理解为申请一个理发师资源
		理发……
	} else {				//没位置顾客离开理发店，退出临界区
		V(mutex);
	}
}