系统调用中的信号量PV操作-理发师问题

理发师问题：一个理发店由一间等候室W和一间工作室B组成。顾客可以从外面大街上进入W等候理发。两个房间的入口是并排的，且共享一扇日本式可滑动的推拉门(门总是挡住一个入口)。顾客在工作室内理完发，可由B的旁门出去。W中有N把椅子，顾客必须坐着等候。理发师可由门上小窗查看W中无人就睡觉，否则开门，并叫一位顾客入内理发。顾客每进入一位，都拉铃通知理发师。若把顾客和理发师都视为进程，请用P、V操作写出进程的同步算法。要求打印：题目中要求描述理发师和顾客的行为，因此需要两类线程barber()和customer()分别描述理发师和顾客的行为。其中，理发师有活动有理发和睡觉两个事件；等待和理发二个事件。店里有固定的椅子数，上面坐着等待的顾客，顾客在到来这个事件时，需判断有没有空闲的椅子，理发师决定要理发或睡觉时，也要判断椅子上有没有顾客。所以，顾客和理发师之间的关系表现为：（1）理发师和顾客之间同步关系：当理发师睡觉时顾客近来需要唤醒理发师为其理发，当有顾客时理发师为其理发，没有的时候理发师睡觉。（2）理发师和顾客之间互斥关系：由于每次理发师只能为一个人理发，且可供等侯的椅子有限只有n把，即理发师和椅子是临界资源，所以顾客之间是互斥的关系。（3）故引入3个信号量和一个控制变量：ⅰ控制变量waiting用来记录等候理发的顾客数，初值为0；ⅱ信号量customers用来记录等候理发的顾客数，并用作阻塞理发师进程，初值为0；ⅲ信号量barbers用来记录正在等候顾客的理发师数，并用作阻塞顾客进程，初值为1；ⅳ信号量mutex用于互斥，初值为1usingSystem;usingSystem.Collections.Generic;usingSystem.Text;usingSystem.Threading;namespace理发师问题2{internalclassProgram{//FieldsprivatestaticSemaphorebarbers=newSemaphore(1,10);privatestaticintchairs;privatestaticintcount=0;privatestaticSemaphorecustomers=newSemaphore(0,10);privatestaticintfinish=0;privatestaticSemaphoremtx=newSemaphore(1,10);privatestaticintwaiting=0;//Methodspublicstaticvoidbarber(){while(true){customers.WaitOne();mtx.WaitOne();waiting--;barbers.Release();mtx.Release();cuthair();finish++;}}publicstaticvoidcustomer(){mtx.WaitOne();count++;Console.WriteLine("叮咚！第{0}个顾客来了",count);if(waiting<chairs){if(waiting>0){Console.WriteLine("此时有{0}个人在等待理发",waiting);}else{Console.WriteLine("没有人在等待");}waiting++;Console.WriteLine("还有{0}个座位,顾客留下",(chairs-waiting)+1);mtx.Release();customers.Release();barbers.WaitOne();gethaircut();}else{Console.WriteLine("座位已满，第{0}个顾客离开",count);mtx.Release();}}publicstaticvoidcuthair(){Console.WriteLine("开始理发！这是理发师的第{0}个顾客.",finish+1);Thread.Sleep(0x2328);Console.WriteLine("理发完成!");}publicstaticvoidgethaircut(){Thread.Sleep(0x238c);Console.WriteLine("第{0}个顾客理发完毕,离开.",finish);}privatestaticvoidMain(string[]args){stringstr=string.Empty;Console.WriteLine("请输入椅子的总数目:");chairs=Convert.ToInt32(Console.ReadLine());Console.WriteLine("理发店共有{0}把椅子",chairs);Console.WriteLine("开门接待顾客吗?Y/N");for(stringstr2=Console.ReadLine();(str2!="Y")&&(str2!="y");str2=Console.ReadLine()){Console.WriteLine("********对不起，尚未开门！********");Console.WriteLine("开门接待顾客吗?Y/N");}Console.WriteLine("********营业中，欢迎光临！********");newThread(newThreadStart(Program.barber)).Start();while((str!="y")&&(str!="Y")){Randomrandom=newRandom(DateTime.Now.Millisecond);Thread.Sleep(random.Next(1,0x2710));Console.WriteLine("*******************************");newThread(newThreadStart(Program.customer)).Start();if((finish>=10)&&(waiting==0)){Console.WriteLine("已经为{0}个顾客理发了，要关门下班吗?(Y/N)",finish);str=Console.ReadLine();}if((str=="Y")||(str=="y")){Console.WriteLine("************暂停营业！**********");break;}}}}}题目:用多线程同步方法解决睡眠理发师问题（Sleeping-BarberProblem)理发店有一位理发师，一把理发椅和n把用来等候理发的椅子。如果没有顾客，则更好师便在理发椅上睡觉，顾客到来时，如理发师闲则理发，否则如有空等候椅则坐等，没有空椅则离开，编写程序实现理发师和顾客程序，实现进程控制，要求不能出现竞争。2．将1题中问题修改为有两位理发师，设计程序实现同步控制。问题提示：可以用一个变量waiting来记录等候理发的顾客数，另使用三个信号量：用来记录等候理发的顾客数customers；用来记录理发师是否空闲的信息号量barbers，一个用于互斥访问waiting变量的mutex。1已经做好了，只是想把理发师扩充问两个，求助！初始条件：操作系统：Linux程序设计语言：C语言3.设有一个理发师，5把椅子（另外还有一把理发椅），几把椅子可用连续存储单元。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1．技术要求：1）为每个理发师／顾客产生一个线程，设计正确的同步算法2）每个顾客进入理发室后，即时显示“Entered”及其线程自定义标识，还同时显示理发室共有几名顾客及其所坐的位置。3）至少有10个顾客，每人理发至少3秒钟。4）多个顾客须共享操作函数代码。2．设计说明书内容要求：1)设计题目与要求2)总的设计思想及系统平台、语言、工具等。3）数据结构与模块说明（功能与流程图）4）给出用户名、源程序名、目标程序名和源程序及其运行结果。（要注明存储各个程序及其运行结果的主机IP地址和目录。）5）运行结果与运行情况（提示: (1)连续存储区可用数组实现。(2)编译命令可用：cc-lpthread-o目标文件名源文件名(3)多线程编程方法参见附件。）1设计题目与要求1.1设计题目用多线程同步方法解决睡眠理发师问题（Sleeping-BarberProblem)1.2设计要求1.2.1初始条件（1）操作系统：Linux（2）程序设计语言：C语言（3）设有一个理发师，5把椅子（另外还有一把理发椅），几把椅子可用连续存储单元。1.2.2技术要求（1）为每个理发师／顾客产生一个线程，设计正确的同步算法（2）每个顾客进入理发室后，即时显示“Entered”及其线程自定义标识，还同时显示理发室共有几名顾客及其所坐的位置。（3）至少有10个顾客，每人理发至少3秒钟。（4）多个顾客须共享操作函数代码。2总体设计思想及开发环境与工具2.1总体设计思想题目中要求描述理发师和顾客的行为，因此需要两类线程barber()和customer()分别描述理发师和顾客的行为。其中，理发师有活动有理发和睡觉两个事件；等待和理发二个事件。店里有固定的椅子数，上面坐着等待的顾客，顾客在到来这个事件时，需判断有没有空闲的椅子，理发师决定要理发或睡觉时，也要判断椅子上有没有顾客。所以，顾客和理发师之间的关系表现为：（1）理发师和顾客之间同步关系：当理发师睡觉时顾客近来需要唤醒理发师为其理发，当有顾客时理发师为其理发，没有的时候理发师睡觉。（2）理发师和顾客之间互斥关系：由于每次理发师只能为一个人理发，且可供等侯的椅子有限只有n把，即理发师和椅子是临界资源，所以顾客之间是互斥的关系。（3）故引入3个信号量和一个控制变量：ⅰ控制变量waiting用来记录等候理发的顾客数，初值为0；ⅱ信号量customers用来记录等候理发的顾客数，并用作阻塞理发师进程，初值为0；ⅲ信号量barbers用来记录正在等候顾客的理发师数，并用作阻塞顾客进程，初值为1；ⅳ信号量mutex用于互斥，初值为12.2多线程编程原理此次在Linux下进行多线程编程需要用到pthread_create和pthread_join这两个函数。2.2.1创建一个线程pthread_create用来创建一个线程，原型为：externintpthread_create((pthread_t*__thread,__constpthread_attr_t*__attr,void*(*__start_routine)(void*),void*__arg))第一个参数为指向线程标识符的指针，第二个参数用来设置线程属性，第三个参数是线程运行函数的起始地址，最后一个参数是运行函数的参数。函数thread不需要参数时，最后一个参数设为空指针。第二个参数设为空指针时，将生成默认属性的线程。创建线程成功后，新创建的线程则运行参数三和参数四确定的函数，原来的线程则继续运行下一行代码。2.2.2等待一个线程结束pthread_join用来等待一个线程的结束，函数原型为：externintpthread_join__P((pthread_t__th,void**__thread_return));

第一个参数为被等待的线程标识符，第二个参数为一个用户定义的指针，它可以用来存储被等待线程的返回值。这个函数是一个线程阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止，当函数返回时，被等待线程的资源被收回。2.2.3信号量（1）函数sem_init（）用来初始化一个信号量，函数原型为：externintsem_init__P((sem_t*__sem,int__pshared,unsignedint__value));sem为指向信号量结构的一个指针；pshared不为０时此信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程共享；value给出了信号量的初始值。（2）函数sem_post(sem_t*sem)用来增加信号量的值。当有线程阻塞在这个信号量上时，调用这个函数会使其中的一个线程不在阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。（3）函数sem_wait(sem_t*sem)被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0，解除阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少。函数sem_trywait(sem_t*sem)是函数sem_wait（）的非阻塞版本，它直接将信号量sem的值减一。2.3伪码实现difinen5；//为顾客准备的椅子数为5semaphoremutex=1；//用于互斥semaphorecustomers=0；//等候理发的顾客数semaphorebarbers=1；//正在等候顾客的理发师数intwaiting=0；//等候理发的顾客数//理发师线程voidbarber(){while(true)//判断有无顾客{wait(customers);//若无顾客,理发师睡眠wait(mutex);//互斥waiting--;//等候顾客数少一个signal(mutex);//释放临界资源signal(barber);//理发师去为一个顾客理发cut_hair;//正在理发}}//顾客线程voidcustomer(){wait(mutex);//互斥if(waiting<n)//如果有空椅子，则等待{waiting++;//等候顾客数加1signal(mutex);//释放临界资源signal(customers);//如果理发师睡觉，唤醒理发师wait(barber);//理发师在理发,顾客等候get_haircut;//顾客坐下等理发师}elsesignal(mutex);//店里人满了,顾客离开}}2.4开发环境与工具系统平台：LINUX环境实现语言：C语言开发工具：NANO编辑器3数据结构与模块说明3.1数据结构通过分析课程设计要求，定义以下的数据:sem_tmutex,customers,barbers;//designthreesemaphores:mutex,customer,barbersintwaiting=0;//thenumberofwaitingcustomersintchair[5];3.2程序模块说明3.2.1主函数模块主函数流程图如下：3.2.2理发师模块理发师模块函数流程图如下：3.2.3顾客模块顾客模块函数流程图如下：源程序代码#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<pthread.h>#include<semaphore.h>#include<fcntl.h>#include<errno.h>#definen5//theshophavefivechairs//designthreesemaphores:mutex,customer,barberssem_tmutex,customers,barbers;intwaiting=0;//thenumberofwaitingcustomersintchair[5];void*barber();void*customer(void*arg);intmain(intargc,char*argv[]){//create10semaphoresandoneBarbersemaphorepthread_tCustomer_id[10],Barber_id;inti;sem_init(&mutex,0,1);//initmutexsemaphoreto1sem_init(&customers,0,0);//initsemaphorecustomersto0sem_init(&barbers,0,1);for(i=0;i<5;i++)pthread_create(&Barber_id,NULL,(void*)barber,NULL);for(i=0;i<10;i++)pthread_create(&Customer_id[i],NULL,(void*)customer,(void*)(i+1));for(i=0;i<10;i++)pthread_join(Customer_id[i],NULL);for(i=0;i<5;i++)pthread_join(Barber_id,NULL);return0;}//creatbarberpthreadvoid*barber(){inti;intnext;//wait(customers),ifnocustomers,barbersleepingsem_wait(&customers);sem_wait(&mutex);//wait(mutex)waiting--;//thenumerofwaitingreduceonefor(i=0;i<5;i++){if(chair[i]!=0){next=chair[i];chair[i]=0;break;}}printf("Thebarberiscutting%dthcustomer'shair\n",next);sleep(3);sem_post(&mutex);sem_post(&barbers);}//creatcustomerpthreadvoid*customer(void*arg){inti;sem_wait(&mutex);//wait(mutex)if(waiting<n)if(waiting<n){waiting++;//thenumerofwaitingplusonefor(i=0;i<5;i++){if(chair[i]==0){chair[i]=(int)arg;break;}}printf("***************************************************\n");printf("Entered:Number%dcustomercomes,andsitsat%dchair\n",(int)arg,(i+1));printf("Thereare%dcustomeronthechair\n",waiting);printf("Thecustomers'locationare:");for(i=0;i<5;i++)printf("%d",chair[i]);pri