线程同步互斥的经典问题

经典问题

• 生产者消费者问题

  • 问题描述

    • 互斥关系：生产者消费者互斥访问缓冲区
    • 同步关系：生产供应消费

  • 问题解决

    • mutex=1,empty=n,full=0

    • PV顺序

      • 实现互斥的p操作一定要在实现同步的p操作之后（否则会死锁）
      • 两个V操作顺序可以互换

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• 多生产者多消费者问题

  • 问题描述

    • 爸妈分别放桔子和苹果，儿子女儿分别吃掉

  • 互斥，同步关系

    • 互斥关系：
      对缓冲区（盘子）的访问要互斥地进行
    • 同步关系：
      • 父亲将苹果放入盘子后，女儿才能取苹果
      • 母亲将橘子放入盘子后，儿子才能取橘子
      • 只有盘子为空时，父亲或母亲才能放入水果

  • 问题解决

    • mutex=1,apple=0,orange=0,plate=1
    • 如果不设置mutex=1也可以（因为plate=1）
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• 吸烟者问题

  • 问题描述

    • 抽烟需要三种材料，吸烟者只有一种，供应者每次将两种材料放桌子上，拥有剩下那种材料的抽烟者卷一根烟并抽掉它，并给供应者进程一个信号告诉完成了，供应者就会放另外两种材料再桌上，这个过程一直重复（让三个抽烟者轮流地抽烟）

  • 互斥，同步关系

    • 互斥关系：没有，因为桌子上的东西只有对应的一个人能取走
    • 同步关系：
      1.提供者提供东西抽烟者才能取走
      2.发出完成信号供应者才能将下一个组合放到桌上

  • 解决办法

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• 读者写者问题

  • 问题描述

    • ①允许多个读者可以同时对文件执行读操作；
      ②只允许一个写者往文件中写信息；
      ③任一写者在完成写操作之前不允许其他读者或写者工作；
      ④写者执行写操作前，应让已有的读者和写者全部退出。

  • 互斥，同步关系

    • 互斥关系：
      写进程—写进程、
      写进程—读进程,
      加入读者计数器，不同读者对计数器的访问也是互斥的。
    • 同步关系：

  • 问题解决

    • 读进程优先

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      • 特点

        • 由于写进程与任何进程都互斥，所以对写进程只需要设置rw互斥访问即可
        • 增加记录读者数量的int型变量count,且count的修改需要互斥进行
        • 第一个读进程要阻止写进程，最后一个读进程要释放写进程

      • 缺点

        • 优先读进程，可能导致写进程饥饿

    • 相对的写优先

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      • 增加 w 用于实现写优先
      • 相对公平的先来先服务

• 哲学家进餐问题

  • 问题描述

    • 一张圆桌上坐着5名哲学家，每两个哲学家之间的桌上摆一根筷子，桌子的中间是一碗米饭。哲学家们倾注毕生的精力用于思考和进餐，哲学家在思考时，并不影响他人。只有当哲学家饥饿时，才试图拿起左、右两根筷子（一根一根地拿起）。如果筷子已在他人手上，则需等待。饥饿的哲学家只有同时拿起两根筷子才可以开始进餐，当进餐完毕后，放下筷子继续思考。

  • 互斥同步关系

    • 互斥关系：5名哲学家与左右邻居对中间筷子的访问互斥的

  • 信号量设置

    • 定义互斥信号量数组
      chopstick[5]={1,1,1,1,1} 用于实现对5个筷子的互斥访问。并对哲学家按0~4编号，哲学家 i 左边的筷子编号为 i，右边的筷子编号为 (i+1)%5。

  • 解决办法

    • 至多允许4名哲学家同时进餐
    • 奇数号哲学家先拿左边的筷子，偶数号哲学家先拿右边的筷子
    • 仅当左右两边筷子都能用的时候才允许拿起（同时拿起两双筷子）
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