经典同步问题及其伪代码实现

1、生产者消费者问题

信号量版本：

# 定义缓冲区大小
bufferSize = 10
# 定义互斥锁和信号量
mutex = Semaphore(1)
full = Semaphore(0)
empty = Semaphore(bufferSize)

# 定义生产者函数
def producer():
    while true:
        # 生成数据
        data = generateData()
        
        # 等待缓冲区不满
        empty.P()
        mutex.P()
        # 将数据放入缓冲区
        putDataIntoBuffer(data)
        mutex.V()
        full.V()

# 定义消费者函数
def consumer():
    while true:
        # 等待缓冲区不空
        full.P()
        mutex.P()
        # 从缓冲区取出数据
        data = getDataFromBuffer()
        mutex.V()
        empty.V()
        
        # 处理数据
        processData(data)

条件变量版本：

# 定义缓冲区大小
bufferSize = 10

# 定义互斥锁和条件变量
mutex = Mutex()
notEmpty = Condition(mutex)
notFull = Condition(mutex)

# 定义缓冲区和指针
buffer = []
inIndex = 0
outIndex = 0

# 定义生产者函数
def producer():
    while true:
        # 生成数据
        data = generateData()
        
        # 获取互斥锁
        mutex.lock()
        
        # 等待缓冲区不满
        while buffer.length == bufferSize:
            notFull.wait()
        
        # 将数据放入缓冲区
        buffer[inIndex] = data
        inIndex = (inIndex + 1) % bufferSize
        
        # 通知消费者缓冲区不为空
        notEmpty.signal()
        # 释放互斥锁
        mutex.unlock()

# 定义消费者函数
def consumer():
    while true:
        # 获取互斥锁
        mutex.lock()
        
        # 等待缓冲区不为空
        while buffer.length == 0:
            notEmpty.wait()
        
        # 从缓冲区取出数据
        data = buffer[outIndex]
        outIndex = (outIndex + 1) % bufferSize
        
        # 通知生产者缓冲区不满
        notFull.signal()
        
        # 释放互斥锁
        mutex.unlock()
        
        # 处理数据
        processData(data)

2、读者写者问题

信号量版本

# 定义读者数量和写者数量
numReaders = 0
numWriters = 0

# 定义互斥锁和信号量
mutex = Semaphore(1)
writeLock = Semaphore(1)

# 定义读者函数
def reader():
    while true:
        mutex.P() # 获取互斥锁
            numReaders += 1
            if numReaders == 1: # 如果是第一个读者，获取写者锁
                writeLock.P()
        mutex.V()
        
        readResource()
        
        mutex.P() # 获取互斥锁
            numReaders -= 1 
            if numReaders == 0: # 如果是最后一个读者，释放写者锁
                writeLock.V()
        mutex.V()

# 定义写者函数
def writer():
    while true:
        writeLock.P()
        	write()
        writeLock.V()

条件变量版本

# 定义互斥锁和条件变量
mutex = Mutex()
readersCond = Condition(mutex)
writersCond = Condition(mutex)

# 定义读者函数
def reader():
    while true:
        # 获取互斥锁
        mutex.lock()
            # 等待写者释放资源
            while numWriters > 0:
                readersCond.wait()

            numReaders += 1
            readersCond.signal()
        mutex.unlock()
        
        readResource()
        
        # 获取互斥锁
        mutex.lock()
            numReaders -= 1
            if numReaders == 0:
                writersCond.signal()
        mutex.unlock()

# 定义写者函数
def writer():
    while true:
        mutex.lock()       
            # 等待其他读者和写者释放资源
            while numReaders > 0:
                writersCond.wait()

            # 写入资源
            writeResource()

            # 通知其他读者和写者
            readersCond.signal()
            writersCond.signal()
        mutex.unlock()

3、哲学家就餐问题

可能有死锁的写法：每个哲学家都拿着左边的筷子，永远都在等右边的筷子。至少一个哲学家的获取筷子的顺序要与其他人不同，以打破环路等待条件：

def getforks() :
  	if(p == 4):
      	right[p].P
        left[p].P
    else:
      	left[p].P
        right[p].P
   	eat()
    left[p].V
    right[p].V