Linux:睡眠理发师问题(用C语言实现)

/*基于信号量采用多线程技术实现进程同步*/

#include <pthread.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <semaphore.h>

#include <sys/time.h>

#include <math.h>

#define CHAIRS 5 //椅子数

sem_t customers //等待服务的顾客信号量

sem_t barbers  //等待顾客的理发师信号量

pthread_mutex_t mutex //互斥变量

int waiting = 0 //正在等待的顾客数

void *barber(void *arg)

void *customer(void *num)

void cut_hair(void)

double timediff(struct timeval i,struct timeval j)

void seed_random(void)

double flat(void)

double normal(void)

double bursty(void)

int main()

{

   int i

   seed_random()

   pthread_t barber_t,customer_t

   int error

   error=pthread_create(&barber_t,NULL,barber,NULL)//创建理发师线程

   if(error!=0) {

      printf("pthread_create is not created.../n")

      return -1

   }

   while(1) {

      usleep(30000)//等待时间如果小于理发师理发时间则会出现等待者过多,否则不会出现等待者过多的现象

      error=pthread_create(&customer_t,NULL,customer,NULL)//创建顾客线程

      if(error!=0) {

         printf("pthread_create is not created.../n")

         return -1

      }

   }

}

double timediff(struct timeval now,struct timeval earlier)

{

   if(now.tv_sec == earlier.tv_sec)

      return (now.tv_usec - earlier.tv_usec)/1000000.0

   else

      return (1000000*(now.tv_sec - earlier.tv_sec) + now.tv_usec - earlier.tv_usec)/1000000.0

}

void *barber(void *arg)

{

   while(1)

   {

      sem_wait(&customers)//顾客信号量-1

      pthread_mutex_lock(&mutex)

      waiting = waiting -1

      sem_post(&barbers)//

      pthread_mutex_unlock(&mutex)

      cut_hair()//理发

   }

}

void cut_hair(void)

{

   printf("  Barber:I am cutting the customer's hair.../n")

   usleep(100000)//理发时间

   printf("  Barber:done./n")

}

void *customer(void *num)

{

   pthread_mutex_lock(&mutex)

   if(waiting<CHAIRS)

   {

       waiting = waiting + 1

       sem_post(&customers)

       pthread_mutex_unlock(&mutex)

       sem_wait(&barbers) 

   }

   else

   {

      printf("  Waiter is too much.../n")

      pthread_mutex_unlock(&mutex)

   }

   //释放占用的资源

}

void seed_random(void)

{

   struct timeval randtime

   unsigned short xsub1[3]

   gettimeofday(&randtime,(struct timezone *)0)

   xsub1[0] = (ushort)randtime.tv_usec

   xsub1[1] = (ushort)(randtime.tv_usec >> 16)

   xsub1[2] = (ushort)(getpid())

   seed48(xsub1)

}

double flat()

{

   return drand48()/5

}

第二问 加个理发师忙碌数量 用来判断 即可

1、读完初中的学生可以学习的专业很多，毕业后可以很容易找到适合自己的工作，比如影视动漫、学前教育、旅游服务、机电一体化、机械设计、数控技术与应用、汽车运用与维修、建筑工程设计、市场营销、会计、计算机应用等专业的学生就业前景都是很好的。

2、中考男孩如果不能考上普通高中，应该以就业为目的，选择就业较好的专业填报。可以考虑下面一下专业：城市轨道运营与管理、艺术幼儿教育、形象艺术设计、影视动漫、汽车运用与维修、建筑工程设计、数控设备应用与维修、机电一体化、市场营销、旅游服务、会计、学前教育、装潢设计、数控设备应用与维修。

是操作系统里进程之间通信用到的两种操作 具体可以参考下面：

在操作系统理论中有一个非常重要的概念叫做P,V原语。在我们研究进程间的互斥的时候经常会引入这个概念，将P,V操作方法与加锁的方法相比较，来解决进程间的互斥问题。实际上，他的应用范围很广，他不但可以解决进程管理当中的互斥问题，而且我们还可以利用此方法解决进程同步与进程通信的问题。

[一]P,V原语理论

阐述P,V原语的理论不得不提到的一个人便是赫赫有名的荷兰科学家E.W.Dijkstra。如果你对这位科学家没有什么印象的话，提起解决图论中最短路径问题的Dijkstra算法应当是我们再熟悉不过的了。P,V原语的概念以及P,V操作当中需要使用到的信号量的概念都是由他在1965年提出的。

信号量是最早出现的用来解决进程同步与互斥问题的机制，包括一个称为信号量的变量及对它进行的两个原语操作。信号量为一个整数，我们设这个信号量为：sem。很显然，我们规定在sem大于等于零的时候代表可供并发进程使用的资源实体数，sem小于零的时候，表示正在等待使用临界区的进程的个数。根据这个原则，在给信号量附初值的时候，我们显然就要设初值大于零。

p操作和v操作是不可中断的程序段，称为原语。P,V原语中P是荷兰语的Passeren，相当于英文的pass, V是荷兰语的Verhoog,相当于英文中的incremnet。

P原语操作的动作是：

（1） sem减1；

（2） 若sem减1后仍大于或等于零，则进程继续执行；

（3） 若sem减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转进程调度。

V原语操作的动作是：

（1） sem加1；

（2） 若相加结果大于零，则进程继续执行；

（3） 若相加结果小于或等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程，然后再返回原进程继续执行或转进程调度。

需要提醒大家一点就是P,V操作对于每一个进程来说，都只能进行一次。而且必须成对使用。且在P,V愿语执行期间不允许有中断的发生。

对于具体的实现，方法非常多，可以用硬件实现，也可以用软件实现。我们采用如下的定义：

procedure p(var s:samephore)

{

s.value=s.value-1

if (s.value<0) asleep(s.queue)

}

procedure v(var s:samephore)

{

s.value=s.value+1

if (s.value<=0) wakeup(s.queue)

}

其中用到两个标准过程：

asleep(s.queue)执行此操作的进程控制块进入s.queue尾部，进程变成等待状态

wakeup(s.queue)将s.queue头进程唤醒插入就绪队列

对于这个过程，s.value初值为1时，用来实现进程的互斥。

虽软说信号量机制毕加锁方法要好得多，但是也不是说它没有任何的缺陷。由此我们也可以清晰地看到，这种信号量机制必须有公共内存，不能用于分布式操作系统，这是它最大的弱点。

[二]P,V原语的应用

正如我们在文中最开始的时候提到的，P,V原语不但可以解决进程管理当中的互斥问题，而且我们还可以利用此方法解决进程同步与进程通信的问题。

（1）用P V原语实现进程互斥

把临界区置于P(sem) 和V(sem)之间。当一个进程想要进入临界区时，它必须先执行P原语操作以将信号量sem减1，在进程完成对临界区的操作后，它必须执行V原语操作以释放它所占用的临界区。从而就实现了进程的互斥：

具体的过程我们可以简单的描述如下：

PA:

P(sem)

<S>

V(sem)

PB:

P(sem)

<S>

V(sem)

(2) 用P V原语实现进程同步

进程同步问题的解决同样可以采用这种操作来解决，我们假设两个进程需要同步进行，一个进程是计算进程，另一个进程是打印进程，那么这个时候两个进程的定义可以表示为：

PC（表示计算进程）

A: local buf

repeat

buf=buf

until buf=空

计算

得到计算结果

buf=计算结果

goto A

PP:（表示打印进程）

B: local pri

repeat

pri=buf

until pri!=空

打印buf中的数据

清除buf中的数据

goto B

相应用P,V原语的实现过程为：

PA: deposit(data)

Begin local x

P(bufempty)

按FIFO方式选择一个空缓冲区buf(x)

buf(x)=data

buf(x)置满标记

V(buffull)

end

PB:remove(data)

Begin local x

P(buffull)

按FIFO方式选择一个装满

数据的缓冲区buf(x)

data=buf(x)

buf(x)置空标记

V(bufempty)

end

（3）用P V原语实现进程通信

我们以邮箱通信为例说明问题：

邮箱通信满足的条件是：

<1>发送进程发送消息的时候，邮箱中至少要有一个空格能存放该消息。

<2>接收进程接收消息时，邮箱中至少要有一个消息存在。

发送进程和接收进程我们可以进行如下的描述：

Deposit(m)为发送进程，接收进程是remove(m). Fromnum为发送进程的私用信号量，信箱空格数n。mesnum为接收进程的私用信号量，初值为0.

Deposit(m):

Begin local x

P(fromnum)

选择空格x

将消息m放入空格x中

置格x的标志为满

V(mesnum)

end

Remove(m)

Begin local x

P(mesnum)

选择满格x

把满格x中的消息取出放m中

置格x标志为空

V(fromnum)

end

笔者仅从最基本的进程问题上论述P,V原语的应用。当然关于这一部分的应用是十分广泛的。比如操作系统文化史上非常经典的哲学家就餐问题，生产-消费问题，读者-写者问题，理发师问题等等。大家不妨尝试一下用信号量的方法进行实现。

主要参考书目：

《计算机操作系统教程》清华大学出版社 张尧学

Operating Systems--Design and Implementation,Prentice Hall

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