操作系统--进程管理--进程同步的经典问题

哲学家进餐问题：

    由Dijkstra提出并解决的哲学家进餐问题(The Dinning Philosophers Problem)是典型的同步问题。该问题是描述有五个哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围的五张椅子上，在圆桌上有五个碗和五只筷子，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。进餐完毕，放下筷子继续思考。

利用AND 信号量机制解决哲学家进餐问题：

    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，这在本质上就是前面所介绍的AND 同步问题，故用AND 信号量机制可获得最简洁的解法。描述如下：

Var chopsiick array of semaphore:=(1,1,1,1,1)；
processi
repeat
think；
Sswait(chopstick[(i+1)mod 5]，chopstick[i])；
eat；
Ssignat(chopstick[(i+1)mod 5]，chopstick[i])；
until false；

读者--写者问题：

    一个数据文件或记录，可被多个进程共享，我们把只要求读该文件的进程称为“Reader进程”，其他进程则称为“Writer 进程”。允许多个进程同时读一个共享对象，因为读操作不会使数据文件混乱。但不允许一个Writer 进程和其他Reader 进程或Writer 进程同时访问共享对象，因为这种访问将会引起混乱。所谓“读者—写者问题(Reader-Writer Problem)”是指保证一个Writer 进程必须与其他进程互斥地访问共享对象的同步问题。读者—写者问题常被用来测试新同步原语。

利用信号量集机制解决读者—写者问题

    这里的读者—写者问题与前面的略有不同，它增加了一个限制，即最多只允许RN个读者同时读。为此，又引入了一个信号量L，并赋予其初值为RN，通过执行wait(L，1，1)操作，来控制读者的数目。每当有一个读者进入时，就要先执行wait(L，1，1)操作，使L的值减1。当有RN 个读者进入读后，L 便减为0，第RN+1 个读者要进入读时，必然会因wait(L，1，1)操作失败而阻塞。对利用信号量集来解决读者—写者问题的描述如下：

Var RN integer；
L，mx: semaphore:=RN,1；

begin
parbegin
reader: begin
repeat
Swait(L,1,1)；
Swait(mx,1,0)；
...
perform read operation；
...
Ssignal(L,1)；
until false；
end

writer: begin
repeat
Swait(mx,1,1；L,RN,0)；
perform write operation；
Ssignal(mx,1)；
until false；
end
parend
end

    其中，Swait(mx，1，0)语句起着开关的作用。只要无writer 进程进入写，mx=1，reader 进程就都可以进入读。但只要一旦有writer 进程进入写时，其mx=0，则任何reader 进程就都无法进入读。Swait(mx，1，1；L，RN，0)语句表示仅当既无writer 进程在写(mx=1)，又无reader 进程在读(L=RN)时，writer 进程才能进入临界区写。

生产者--消费者

利用AND 信号量解决生产者—消费者问题：

    对于生产者—消费者问题，也可利用AND 信号量来解决，即用Swait(empty，mutex)来代替wait(empty)和wait(mutex)；用Ssignal(mutex，full)来代替signal(mutex)和signal(full)；用Swait(full，mutex)来代替wait(full)和wait(mutex)，以及用Ssignal(mutex，empty)代替Signal(mutex)和Signal(empty)。利用AND 信号量来解决生产者—消费者问题的算法描述如下：

Var mutex，empty，full: semaphore:=1，n，0；
buffer:array[0，…，n-1] of item；
in out: integer:=0，0；

begin
parbegin
producer: begin
repeat
<pre name="code" class="plain">
...
produce an item in nextp；
...
Swait(empty，mutex)；
buffer(in):=nextp；
in:=(in+1)mod n；
Ssignal(mutex，full)；
until false；
end
consumer:begin
repeat
Swait(full，mutex)；
Nextc:=buffer(out)；
Out:=(out+1) mod n；
Ssignal(mutex，empty)；
consumer the item in nextc；
until false；
end
parend
end

利用管程解决生产者—消费者问题：

    在利用管程方法来解决生产者—消费者问题时，首先便是为它们建立一个管程，并命名为ProclucerConsumer，或简称为PC。其中包括两个过程：    (1) put(item)过程。生产者利用该过程将自己生产的产品投放到缓冲池中，并用整型变量count 来表示在缓冲池中已有的产品数目，当count≥n 时，表示缓冲池已满，生产者须等待。    (2) get(item)过程。消费者利用该过程从缓冲池中取出一个产品，当count≤0 时，表示缓冲池中已无可取用的产品，消费者应等待。    PC管程可描述如下：

type producer-consumer=monitor

Var in,out,count: integer；
buffer: array[0, …, n-1] of item；
notfull，notempty:condition；

procedure entry put(item)
begin
if count>=n then notfull.wait；
buffer(in):=nextp；
in:=(in+1) mod n；
count:=count+1；
if notempty.queue then notempty.signal；
end

procedure entry get(item)
begin
if count<=0 then notempty.wait；
nextc:=buffer(out)；
out:=(out+1) mod n；
count:=count-1；
if notfull.quene then notfull.signal；
end

begin
in:=out:=0；
count:=0
end

在利用管程解决生产者—消费者问题时，其中的生产者和消费者可描述为：

producer: begin
repeat
produce an item in nextp；
PC.put(item)；
until false；
end
consumer: begin
repeat
PC.get(item)；
consume the item in nextc；
until false；
end

具体的再详细百度。