计算机操作系统感悟随笔--经典同步问题

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1.生产者—消费者问题（The proceducer – consumer problem：多个生产者和消费者对n个缓冲区的使用。）

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1.无论生产者、消费者使用缓冲池时应保证互斥使用（互斥信号量mutex ）
2.生产者和消费者间交叉有序：
有序的控制最根源在产品数量上。
设置两个信号量：
分别针对生产者、消费者设置不同的信号量，empty和full分别表示缓冲池中空缓冲池和满缓冲池（即产品）的数量。
变量和信号量
buffer: array [ 0, …, n-1] of item;
in, out: integer :=0, 0;
不使用Counter变量，而是用信号量
Var mutex, empty, full: semaphore :=1, n, 0;
代码部分：
生产者：

producer :
repeat
…
produce an item in nexp;
wait(empty);
wait(mutex);
buffer(in):=nexp;
in:=(in+1) mod n;
signal(mutex);
signal(full);
until  false;

消费者：

consumer :
repeat
wait(full);
wait(mutex);
nextc:=buffer(out);
out:=(out+1) mod n;
signal(mutex);
signal(empty);
consume the item in nexc;                        
until  false;

检查：

1. 每个程序中用于实现互斥的wait(mutex)和signal(mutex)必须成对地出现。
2. 控制顺序的信号量empty和full的wait和signal操作，成对地出现在不同的进程中。
3. 在每个程序中的多个wait操作顺序不能颠倒。且应先执行对资源信号量的wait操作，再执行对互斥信号量的wait操作，否则可能引起进程死锁。
4. 模拟交替执行过程，检查控制是否正确。
   模拟交叉运行
   
   

2. 哲学家进餐问题

五个哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围的五张椅子上，在桌子上有五只碗和五只筷子，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐。平时，一个哲学家进行思考，饥饿时便试图取用其左右最靠近他的筷子，只有在他拿到两只筷子时才能进餐。进餐毕，放下筷子继续思考。

可见：相邻两位不能同时进餐；最多只能有两人同时进餐。

1）记录型信号量解决哲学家进餐问题
筷子是临界资源，在一段时间内只允许一个哲学家使用。为实现对筷子的互斥使用，用一个信号量表示一只筷子，五个信号量构成信号量数组。
Var chopstick: array [0, …, 4] of semaphore;
所有信号量均被初始化为1。

2）就餐死锁问题
假如五位哲学家同时饥饿而各自拿起左边的筷子时，就会使五个信号量chopstick均为0，当他们再试图去拿右边的筷子时，都将因无筷子可拿而无限等待。
解决方法：

• （数量控制）
  至多只允许有四位哲学家同时去拿左边的筷子，最终能保证至少有一位哲学家能够进餐，并在用毕后释放出他用过的两只筷子，从而使更多的哲学家能够进餐。—限制并发执行的进程数

• （AND方法）仅当哲学家的左右两只筷子均可用时，才允许他拿起筷子进餐。—采用AND信号量。

在哲学家进餐问题中，要求每个哲学家先获得两个临界资源(筷子)后方能进餐。

Var chopstick: array [0, …, 4] of semaphore:=(1, 1, 1, 1, 1);
Process i
     repeat
         think;
         Swait(chopstick[ ( i +1) mod 5] , chopstick[ i ] );
         eat;
         Ssignal(chopstick[ ( i +1) mod 5] , chopstick[ i ] );     
     until  false;

3.读者——写者问题

• 一个数据文件被多个进程共享。Reader进程只要求读文件，Writer进程要求写入内容。

• 合理的同步关系是： 多个读进程可同时读；

• Writer进程与任何其他进程（包括Reader进程或其他Writer进程）不允许同时访问文件。

解决思路