第2章补充题1(1)

例1：抽烟问题：有一个烟草代理商（Agent）和3个抽烟者（smoker）。每个抽烟者连续不断地制造香烟并吸掉它。但是，制造一支香烟需要三种材料：烟草、烟纸和火柴。三个抽烟者中，一人有烟纸，一人有烟叶，一人有火柴。烟草代理商源源不断地供应这三种材料。他将两种材料一起放在桌上，持有另一种材料的吸烟者即可制造一支香烟并抽掉它。当此抽烟者抽香烟时，他发出一个信号通知烟草代理商，烟草代理商马上给出另外两种材料，如此循环往复。试用信号量同步烟草代理商和3个抽烟者。

解：Semaphore smoker[3]; //初始0，三个抽烟者

Semaphore material[3]; //初始0，三种原料

Semaphore agent; //初始1，供应商

Int turn; //初始0，轮到谁

Agent:

While (1) {

Wait(agent);

Signal(smoker[turn]);

Signal(material[(turn+1)%3]);

Signal(material[(turn+2)%3]);

Turn=(turn+1)%3;

}

Smoker-i:

While (1) {

wait(smoker[i]);

wait(material[(i+1)%3]);

wait(material[(i+2)%3]);

signal(agent);

}

例2；从读卡机上读进n张卡片，然后复制一份，要求复制出来的卡片与读进来的卡片完全一致。这一工作由3个进程get、copy、put 以及两个缓冲区buffer1和buffer2完成。get进程的功能是把一张卡片信息从读卡机上读进buffer1；进程copy的功能是把buffer1中的信息复制到buffer2；进程put的功能是取出buffer2中的信息并从行式打印机上打印输出。试用P、V操作完成这3个进程间的尽可能并发正确执行的关系（用程序或框图表示），并指明信号量的初值。

解答：这3个进程间的关系可用下图来表示：

分析这3个进程之间的关系，可以得知，get和copy进程之间通过buffer1进行合作，这是一种生产者-消费者问题；同理，进程copy 和put之间通过buffer2进行合作，两者之间也是一种生产者-消费者问题。

为此，设计互斥信号量mutex1，mutex2来实现对buffer1和buffer2的互斥访问；为实现get和copy之间的同步，设置两个信号量semptybuffer1和sfullbuffer1，分别表示缓冲区buffer1是空的还是满

的；为实现copy和put之间的同步，设置两个信号量semptybuffer2、sfullbuffer2，分别表示缓冲区buffer2是空的还是满的。

Var mutex1,mutex2,semptybuffer1,sfullbuffer1,semptybuffer2，sfullbuffer2:semaphore:=1,1,1,0,1,0;

Get:begin

Repeat

从读卡机读入一张卡片信息；

P(semptybuffer1);

P(mutex1);

将信息放入buffer1;

V(sfullbuffer1);

V(mutex1);

Until false;

End

Copy:begin

Repeat

P(sfullbuffer1);

P(mutex1);

从buffer1复制信息;

V(semptybuffer1);

V(mutex1);

P(semptybuffer2);

P(mutex2);

将信息复制放入buffer2;

V(sfullbuffer2);

V(mutex2);

Until false;

End;

Put:begin

Repeat

P(sfullbuffer2);

P(mutex2);

从buffer2取出信息;

V(semptybuffer2);

V(mutex2);

把信息从打印机输出；

Until false;

End;

例3：在4×100m接力赛中，4个运动员之间存在如下关系：运动员1跑到终点把接力棒交给运动员2；运动员2一开始处于等待状态，在接到运动员1传来的接力棒后才能往前跑，他跑完100m后交棒给运动员3；运动员3也只有接到运动员2传来的接力棒后才能往前跑，他跑完100m后交棒给运动员4；运动员4接棒后跑完全程，试用信号量机制进行描述。

分析：在本题中，4个运动员相当于4个进程，他们处于并发运行状态。运动员1跑完100m后发信号给运动员2，运动员2原来处于等待该信号的过程，在接到运动员1发来的信号后他才能开始运行，他在跑完100m后发信号给运动员3；同样，运动员3在接到运动员2发来的信号后才能开始跑，跑完后发信号给运动员4；运动员4接到运动员3发来的信号后跑完全程。

解答：根据分析，引入3个信号量S1、S2、S3，其初始值均为0。4×100m 接力赛描述如下：

var s1,s2,s3:semaphore:=0,0,0;

begin

parbegin

Athlete1:begin

Run 100m;

V(s1);

End;

Athlete2:begin

P(s1);

Run 100m;

V(s2);

End;

Athlete3:begin

P(s2);

Run 100m;

V(s3);

End;

Athlete2:begin

P(s3);

Run 100m;

End;

Parend

End

例4：嗜睡的理发师问题。一个理发店由一个有N张沙发的等候室和一个放有一张理发椅的理发室组成。没有顾客要理发时，理发师便去睡觉。当一个顾客走进理发店时，如果所有的沙发都已被占用，他便