操作系统-关于叫号类的PV操作总结

 

原文  http://blog.csdn.net/u011240016/article/details/53395370

时间  2016-11-29

先分析一道题目：

面包师傅有很多面包，由n个推销人员推销。每个顾客进店后取一个号，并且等待叫号。当一个销售人员空闲下来时，就叫下一个号。设计一个使销售人员和顾客同步的算法。

分析：需要理解的是这个场景中的过程，抽象出进程的概念，再用信号量约束。

在这个场景中，主要是用号码进行约束。当取号时，这个号码只能给到一个人，因此要互斥访问。当按照号码叫号时，因为有n个推销员，所以号码也需要被互斥访问。

所以针对顾客取的号，和销售员待叫的号，需要设置两个变量控制访问。

即：

 

int i = 0, j = 0;
semaphore mutex_i = 1,mutex_j = 1;
Consumer()
{
    进入面包店；
    P(mutex_i); //互斥访问号码i
    取号 i;
    i++;//正常逻辑下，号码要自增
    V(mutex_i); //释放，可用于下一次的叫号控制
    等待叫号i并购买面包
}
Seller()
{
    while（1）
    {
        P(mutex_j);//互斥访问当前叫号
        if(j < i)//只要有未叫的号，就不停止
        {
            叫号j;
            j++;
            V(mutex_j);
            销售面包；
        }
        else
        {
            V(mutex_j);
            休息；
        }
    }
}

单独看这个，容易形成的思维定势是见到号码，一定对号码进行互斥访问，其实不然，只要找到场景中能够约束进程或过程同步或互斥的变量都可以，并不是片面的都是对号码进程控制。

再举一个类似但不相同的控制思路。

(2011.45)某银行提供一个服务窗口和10个供顾客等待的座位。顾客到达银行时，若有空闲座位，则到取号机上取一个号，等待叫号。取号机每次仅允许一个顾客使用。当营业员空闲时，通过叫号选取一位顾客，并为其服务。顾客和营业员的活动过程描述如下：

cobegin
{
    process 顾客i
    {
        从取号机获取一个号码；
        等待叫号；
        获取服务；
    }
    process 营业员
    {
        while(1)
        {
            叫号；
            为客户服务；
        }
    }
} coend

思考：在这样的场景中，需不需要可以对叫的号码和取的号码进行互斥访问？

为什么要对获取号码进行互斥访问？答案是不让人取同一个号码。

为什么要对叫的号进行互斥访问？答案是防止不同的人叫了同一个号。

OK，回到这里的场景，控制叫号机的互斥访问就能控制取号的不同。

因为只有一个窗口服务，因此不存在多人叫同一个号的情况，因此不用对叫的号进行互斥访问。

推演来看，如果是多个服务窗口，就需要对叫的号进行互斥访问。也即添加一个mutex进行互斥即可。

再看座位，我们想为什么在生产者消费者的模型中，要设置一个full和一个empty跟踪，明明已经知道了总数，设置一个full或者empty不就可以了吗？是的，当然也行，只不过用的是总数减去其中一个得到另一个换算，思想是一个意思：用变量跟踪状态。

那无论是缓冲区还是座位，只要两个进程改变的方向不一样，那么就设full和empty来跟踪即可。

顾客和营业员之间是同步关系，在第一个例子中，其实用的是文字描述两个进程之间的同步，而没有用信号量做，所以不是严谨的答案，只是作为一个引例说明号码这件事情。

这里严格来做，就需要设置一个同步变量，同步变量的初始值为0，区别于互斥。

这样，可以抽出两个简化模型：

• 互斥：取号机，mutex=1控制
• 同步：顾客需要获得座位等待叫号。营业员空闲时，选取一个顾客为其服务。空座位的有无影响等待顾客数量。顾客的有无决定营业员是否可以服务。设置信号量和full来实现两个同步关系。设置service构成顾客与营业员何时开始服务的同步关系。

semaphore empty = 10; //空位数初值
semaphore full = 0; //已使用
semaphore mutex = 1; //互斥访问叫号机
semaphore service = 0; //控制服务同步关系
process 顾客i
{
    P(empty); //等空位，在营业员那边V,所以是一个同步关系
    P(mutex);
    从取号机取号；
    V(mutex);
    V(full);//营业员那边在P，也是一个同步关系
    P(service); //营业员那边在V，同步关系
}
process 营业员
{
    while(1)
    {
        P(full); 
        V(empty);
        V(service);
        为顾客服务；
    }
}