操作系统: 桌子上有一只盘子,盘子中只能放一只水果。爸爸专向盘子中放苹果,妈妈专向盘子中放 橘子,一个儿子专等吃盘子中的橘子,一个女儿专等吃盘子中的苹果。用PV操作实现他们 之间的同步机制。

本文通过一个家庭成员与一只水果盘的故事,介绍了操作系统中进程的同步与互斥概念。详细描述了如何使用PV操作来协调爸爸放苹果、妈妈放橘子、儿子吃橘子、女儿吃苹果的活动,确保盘子的正确使用。

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操作系统:进程的同步与互斥练习

 

     桌子上有一只盘子,盘子中只能放一只水果。爸爸专向盘子中放苹果,妈妈专向盘子中放橘子,

      一个儿子专等吃盘子中的橘子,一个女儿专等吃盘子中的苹果。用PV操作实现他们之间的同步机制。

 

分析设计四个信号量metux,empty、apple、orange;

metux表示:爸爸、妈妈、儿子和女儿进程对盘子的互斥使用;

empty表示:盘子是否为空;

apple表示:是否可以取苹果;

orange表示:是否可以取桔子。

算法描述如下:

semaphore empty=1,nutex=1,apple=0,orange=0;  //为四个信号量赋初值
void father(){
     do{
           wait(empty);    //等待盘子为空
           wait(metux);    //等待获取对盘子的操作
            爸爸向盘中放一个苹果;
           signal(mutex);   //释放对盘子的操作
           signal(apple);   //通知女儿可以来盘子中取苹果
    }while(TRUE);
}
void mather(){               //与父亲进程雷同
     do{
           wait(empty);
           wait(metux);
            妈妈向盘中放一个桔子;
           signal(mutex);
           signal(orange);
    }while(TRUE);
}
void son(){                        
     do{
           wait(orange);       //判断盘子中是否有桔子
           wait(metux);        //等待获取对盘子的操作
            儿子取出盘中的桔子;
           signal(mutex);      //释放对盘子的操作
           signal(empty);      //盘子空了,可以继续放水果了
    }while(TRUE);
}
void daugther(){               //与儿子进程雷同
     do{
           wait(apple);
           wait(metux);
            女儿取出盘中的苹果;
           signal(mutex);
           signal(empty);
    }while(TRUE);
}
void main() {               //四个并发进程的同步执行
	cobegin
	   father();mather();son();daugther();
	coend
}

 

在这种情景下,可以使用进程互斥(Mutex)和信号量(Semaphore)来实现爸爸女儿之间盘子苹果的同步。这里是一个简化的例子,我们将用Python的threading模块来模拟: 1. **定义共享资源** (水果盘): ```python import threading fruits = "apple" # 盘子里的水果 mutex = threading.Lock() # 互斥锁防止同时修改 counter = 0 # 信号量,用于限制同时进入的用户数 (这里是1) def dad_operation(): with mutex: if fruits == "apple": # 如果有苹果 print("爸爸盘子一个苹果") fruits = None # 表示苹果被拿走了 ``` 2. **女儿等待并取苹果**: ```python def daughter_operation(): while True: counter.acquire() # 获取信号量,表示开始尝试苹果 if fruits is not None: # 果盘中有苹果 print("女儿到了盘子里的苹果") fruits = "apple" # 再次苹果 break # 女儿离开,释其他人进入 else: print("盘子里没苹果了,女儿继续等待") counter.release() # 释信号量,让其他线程有机会尝试 # 启动爸爸女儿操作 dad_thread = threading.Thread(target=dad_operation) daughter_thread = threading.Thread(target=daughter_operation) dad_thread.start() daughter_thread.start() dad_thread.join() daughter_thread.join() ``` 在这个模型中,互斥锁`mutex`保证任何时候只有一个线程能够改变水果状态,而信号量`counter`则控制并发进入苹果流程的人数。当爸爸苹果后,会释互斥锁,允许女儿检查并苹果。如果女儿完,她会苹果并释信号量,允许其他潜在的等待者进入。
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