第三次作业操作系统补充题答案_1. 桌上有一空盘,最多允许存放一只水果。爸爸可向盘中放一个苹果或放一个桔子,儿-优快云博客

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第三次作业补充题答案

第五章

1. 桌上有一空盘，最多允许存放一只水果。爸爸可向盘中放一个苹果或放一个桔子，儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃苹果。

试用semWait、semSignal操作实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。

提示：设置一个信号量表示可否向盘中放水果，一个信号量表示可否取桔子，一个信号量表示可否取苹果。

下面是一个简化版本的C++代码，使用std::mutex和std::condition_variable进行同步操作，以满足爸爸、儿子、女儿三个并发进程的需求。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
char fruit;

void father() {
    while (true) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);

        // 随机选择放入桔子或苹果
        fruit = (rand() % 2 == 0) ? 'O' : 'A';

        std::cout << "爸爸放入了一个" << ((fruit == 'O') ? "桔子" : "苹果") << std::endl;

        // 通知儿子或女儿可以取水果了
        cv.notify_all();

        // 等待儿子或女儿吃完
        cv.wait(lock);
    }
}

void child(const std::string& name, char targetFruit) {
    while (true) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);

        // 等待可以取对应水果的通知
        cv.wait(lock, [&] { return fruit == targetFruit; });

        // 取出水果
        std::cout << name << "吃了一个" << ((fruit == 'O') ? "桔子" : "苹果") << std::endl;

        // 通知爸爸可以放入水果了
        cv.notify_all();
    }
}

int main() {
    std::thread fatherThread(father);
    std::thread sonThread(child, "儿子", 'O');
    std::thread daughterThread(child, "女儿", 'A');

    fatherThread.join();
    sonThread.join();
    daughterThread.join();

    return 0;
}

这个代码中，爸爸线程不断地往盘中放水果，而儿子和女儿线程则根据自己的口味不断地从盘中取水果吃。通过std::mutex和std::condition_variable的使用，可以确保爸爸、儿子和女儿的操作是同步的。

**2.**把学生和监考老师都看作进程, 学生有N人, 教师1人. 考场门口每次只能进出一个人, 进考场原则是先来先进. 当N个学生都进入考场后, 教师才能发卷子. 学生交卷后可以离开考场. 教师要等收上来全部卷子并封装卷子后才能离开考场.

(1) 问共需设置几个进程?

(2) 试用信号量操作解决上述问题中的同步和互斥关系.

(1) 共需设置N + 2个进程，其中N个为学生进程，1个为监考老师进程，另外1个用于控制考场门口的进程。

(2) 下面是使用C++和信号量解决上述问题的简化代码。在这个例子中，我们使用std::mutex和std::condition_variable来实现信号量的功能。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

const int N = 5;  // 假设有5个学生

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
int studentsInside = 0;
bool teacherInside = false;

void student(int id) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);

    // 学生进入考场
    studentsInside++;

    // 学生等待发卷
    cv.wait(lock, [&] { return studentsInside == N && !teacherInside; });

    std::cout << "学生 " << id << " 收到试卷" << std::endl;

    // 学生考试完成，离开考场
    studentsInside--;

    // 如果是最后一个学生离开，则通知老师可以离开
    if (studentsInside == 0) {
        cv.notify_one();
    }
}

void teacher() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);

    // 老师等待所有学生进入考场
    cv.wait(lock, [&] { return studentsInside == N; });

    // 发卷子
    std::cout << "监考老师发卷子" << std::endl;

    // 学生们考试中，等待收卷
    cv.wait(lock, [&] { return studentsInside == 0; });

    // 收卷并封装卷子
    std::cout << "监考老师收卷并封装卷子" << std::endl;

    // 通知所有学生可以离开
    cv.notify_all();
}

int main() {
    std::thread teacherThread(teacher);

    std::thread studentsThreads[N];
    for (int i = 0; i < N; ++i) {
        studentsThreads[i] = std::thread(student, i);
    }

    for (int i = 0; i < N; ++i) {
        studentsThreads[i].join();
    }

    teacherThread.join();

    return 0;
}