2.4经典同步问题
一、生产者——消费者问题（互斥、同步）
生产者与生产者，消费者与消费者之间是互斥的关系。生产者与消费者之间是顺序关系。
设置信号量empty，full以及互斥信号量mutex设初值为1。
（1）两个生产者同时的情况：
producer :
int in=0,out=0;
item buffer[n];
semaphore mutex=1,empty=n,full=0;
void producer(){
do{
…
produce an item in nexp;
…
wait(empty);//先执行对资源的信号量的操作然后进行对互斥信号量的操作。操作顺序不可颠倒防止进程死锁。
wait(mutex);
buffer(in):=nexp;
in:=(in+1) mod n;
signal(mutex);//信号量成对的出现
signal(full);
}while(true);
}
过程分析：
1）1号生产者的wait操作使e=n-1，m=0
2）当1号正在in=0的buffer[0]放入产品时，2号来到，wait（e）仍通过，e=n-2；但wait（m）会使2号阻塞。m=-1，e=n-2。
3）转入1号生产者执行使in=1,，唤醒m上的等待者——2号生产者，但可能并不立即切换到2号运行，而是其分到的cpu时间完成后再转到2号。此时m=0，f=1。
4）回到2号进程后，将产品放入缓冲区；in=2；m=1；f=2。
（2）生产者等待消费者的情况
produce;
wait(e);
wait(m);
buffer(in):=nexp;
wait(f);
wait(m);
nextc:=buffer(out);
in:=(in+1)mod n;
signal(m);
signal(f);
out:=(out+1) mod n;
signal(m);
signal(e);
consume;
过程分析：
1）设当前运行到一个临界点，缓冲区满了，而生产者先来了要生产。
2）e=0；m=1；f=n当第一个生产者来了，e=-1被阻塞，只有等到一个消费者来时程序才可以继续。此时wait(f),f=n-1,wait(m),m=0,继续向下执行，执行过后signal，m=1,f=n。
3）out:=(out+1) mod n，取出产品，当signal(m),m=2;signal(e),e=0.
注意：signal原语唤醒的因wait阻塞的进程后该进程并不需再重新执行wait。
（3）2个生产者2个消费者
AND信号量的方式
consumer :
repeat
Swait(full,mutex);
nextc:=buffer(out);
out:=(out+1) mod n;
Ssignal(mutex,empty);
consume the item in nexc;
until false;
二、哲学家就餐问题（互斥）
筷子是临界资源，要实现对筷子的互斥相邻两位不能同时进餐；最多只能有两人同时进餐。
解决方案：
（1）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。
第i 位哲学家的活动可描述为：
repeat
wait(chopstick[ i ]);
wait(chopstick[ ( i +1) mod 5] );
…
eat;
…
signal(chopstick[ i ]);
signal(chopstick[ ( i +1) mod 5] );
…
think;
until false;
（2）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
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） 规定奇数号哲学家先拿他左边的筷子，然后再去拿右边的筷子；偶数号哲学家则相反。保证总会有一个哲学家能同时获得两只筷子而进餐。—采用IF编程控制
三、读者——写者问题（有条件的互斥）
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。
(1)写者操作要和其他的都互斥，所以必要判断互斥信号量， 没有变化：
(2)只有第一个读进程进行互斥判断；
(3)只要有一个“读进程”在读就不释放，“写进程”就不能写。（一种读者优先的方式）
写者Writer :
repeat
wait(wmutex);
写入文件；
signal(wmutex);
until false;
读者Reader :
begin
repeat
wait(rmutex);
if Readcount=0 then wait(wmutex);//防止写进程再进入，不影响其他读进程
Readcount :=Readcount +1;
signal(rmutex);
…
perform read operation;
…
wait(rmutex);
Readcount :=Readcount -1;
if Readcount=0 then signal(wmutex);
signal(rmutex);
until false;
end
写者优先的方式
Readcount变量，rmutex信号量
写者间起作用：
writecount变量，mutex信号量
读者与写者间起作用：
wmutex
S
四、黑白棋子问题
两种情况的解决办法：
（1）执黑子一方先下
信号量：b=1,w=0;
黑：
while(没结束){
wait(b);
下一黑棋;
signal(w);
}
白：
while(没结束){
wait(w);
下一白棋;
signal(b);
}
另一种方式：
semaphore bfg=1;wfg=0;
void main(){
black();white();
void black(){
while(true){
wait(bfg);
if whereput(){
put a black chess;
}
else break;
signal(wfg);
}
}
void white(){
while(true){
wait(wfg);
if whereput(){
put a white chess;
}else break;
signal(bfg);
}
}
}
（2）双方都可以先下，谁先抢到棋盘谁先下。然后开始轮流下子。
利用互斥信号量与特殊标志变量的结合使用实现有序控制
semaphore bfg=1;wfg=0;m=1;
boolean fg=F;
void main(){
black();
white();
}
void black(){
wait(m);
if !fg{
bfg=1;wfg=0;fg=T;
signal(m);
while(true){
wait(bfg);
if whereput(){
put a black chess;
signal(wfg);
}
else{
signal(wfg);
break;
}}}
void white(){
wait(m);
if !fg{
bfg=0;wfg=1;fg=T;
}
signal(m);
while(true){
wait(wfg);
put a white chess;
signal(bfg);
}}
五、嗜睡的理发师问题
Int cout=0；
Semaphore mutex=1,sofa=N,empty=1,full=0,cut=0,payment=0,receipt=0; process guesti() 顾客i
{ wait(mutex); //count既用于判断，也要修改，所以为临界资源，用mutex管理互斥，但由于是分支结构，所以要在每个分支结构中注意离开count的临界区时使用signal释放临界资源
if(count>N)// 沙发中已经坐满客人N个和正在理发的1位，没有沙发，客人离开理发店 {signal(mutex); exit shop; }
else
{ count=count+1;
if(count>1) //count>1，意味着原来理发店里有客人，所以不能坐理发椅，需要坐到沙发上等待
{ signal（mutex）；
wait(sofa); //申请沙发，肯定能得到
sit on sofa;
wait(empty); //申请理发椅，等不到阻塞，得到，则从沙发上站起，准备坐到理发椅上
get up form sofa;
signal(sofa); //归还沙发
}
else
{ signal（mutex）；
wait(empty); //count==1，意味着这个店里只有这一个顾客，他不必要申请沙 发，直接申请理发椅即可
}
sit on the baber_chair;
signal(full); //若理发师阻塞，则唤醒理发师，若未阻塞，则将full由0增1，理发师申请理发时即可通过
wait(cut); //测试理发是否完成，没有则阻塞
pay;
signal(payment); //若理发师阻塞，则唤醒理发师告知其已经付费，若未阻塞，则将paymentl由0增1，理发师申请理要求付费时即可通过 wait(receipt); // //测试理发师收费是否完成，没有则阻塞
get up form the baber_chair; //理发师收费完成，顾客离开理发椅 signal(empty); //释放理发椅 wait(mutex); //对count 临界资源操作，用mutex完成互斥 count=count-1;
signal(mutex);
exit shop; }
}
process barber( )
{ while(1)
{wait(full); //测试理发椅上是否有顾客，无则阻塞
cut hair;
signal(cut); //告知顾客理发完成
wait(payment); //测试顾客是否付费
accept pament;
signal(receipt); //告知顾客收费完
}
}
main( )
{cobegin
{ guesti();
Barber();
}
}