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操作系统习题答案第
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操作系统习题答案第
官方公共微信【图文】【2】2-5 信号量习题_百度文库
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【2】2-5 信号量习题
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你可能喜欢信号量用来解决同步问题时，其初值必须是多少？这是一道关于操作系统的题。信号量用来解决同步问题时，其初值必须是1、大于02、必须等于03、可以等于0以上三个答案哪个是对的？
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信号量的PV操作(例题)
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&&操作系统有关信号量PV操作的部分知识,含有例题。
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学习note（64）
一道操作系统信号量的经典问题，很久不接触，快要忘记了，想不通了，所以贴出来再回顾一下。
有一座桥，南北向，都有入口出口。（图我不画了）
1.假设该桥上每次只能有一辆车行驶，试用信号灯的P、V操作实现交通管理。
2.假设该桥上不允许两车交会，但允许同方向多个车一次通过（即桥上可有多个同方向行驶的车）。试用信号灯的P、V操作实现桥上交通管理。
参考答案：
int countSN=0;
int countNS=0;
semaphore mutexSN=1;
semaphore mutexNS=1;
semaphore bridge=1;
因为操作系统的东西很长时间没看，略生疏了，有些知识点断了，就想不明白事情是怎么回事了。
从我现在的立场看，bridge信号量只有一个，通过bridge信号量看，根本就没有矛盾在，整个过桥过程，连count++带count--全被bridge包起来成了原子操作。
这样看来，countNS和SN也没必要区分了，一个count就够了，谁叫过程都被bridge包起来了呢。
那么，错误在哪呢？p(bridge)真的就代表互斥操作，没有第二个能上桥了么？这么经典的问题，还去查了一下，也确实应该是类似答案，那么，到底是什么知识点缺失导致我现在无法理解这个答案了呢？
mutex和semaphore的叫法又暗示着什么区别呢？
本例中，声明信号量用的是semaphore类型，具体的用了mutex作为变量名，不是互斥关系，应该是一个东西～！
mutex == mutual exclusion
信号量的东西看似很烧脑，但是非常符合逻辑，按一定规律来“生搬硬套”是可以无误完成的。
先看一个寺庙打水的问题：
寺里有小、老和尚若干，有一水缸，有小和尚提水入缸供老和尚引用。水缸可容10桶水，水取自同一井中。水井径窄，每次只能容一个桶取水。水桶总数为3个。每次入、取缸水仅为1桶，且不可同时进行。给出取水、入水的算法描述：
分析：其实，信号量的引入，就是为了解决有限资源使用的互斥问题。那么，分析的重点应该集中在——”哪些资源为互斥资源？“
咬文嚼字分析一下到底哪些资源是有限的（文字描述很容易产生分歧或看走眼的，尤其本例很多相近的字眼，加上句子的排版，都容易让人产生误解）。
首先看和尚，老的小的都是若干（老的是消费者，小的是生产者）；
然后看消费资源——水缸中的水，最多10桶，最少0；
生产和消费过程都是受水桶限制的（和尚都无限了，这个过程不受限就不可能缺水了～）——此处也容易产生争议，认为老和尚喝水不用桶，不要小看这个分歧。
最后，打水还要考虑桶的数量，每次入井是一个桶，总共水桶数为3.
变量设置（尽量起的通俗易懂，不叫什么empty和null的）：
Semaphore mutexWell = 1;//入井的桶数限制
Semaphore mutexVat = 1;//入缸的桶数限制
unsigned int space= 10;//剩余空间，初始没水，empty=10其实是说还有10个空位供你往里送水。。。。
unsigned int avalable = 0;//缸中可用水量，初始没水，需要往里加
unsigned int bucket= 3;//桶数3
流程分析：
首先，水缸Vat满着（empty = 10）是没法去打水的。
其次，打水要拿起一个桶bucket，拎水也需要，直到把水倒入缸vat中才结束周期，释放。
下边是生产者和生产者的函数（supply和consume太俗了，和尚是monk，小和尚可爱点，加个昵称，叫monkey吧，没有恶意，出家人六根清净，是不会在意这些细节的）：
/*虽然还没有把水装进去，但必须先减space，等于声明这事有人做了，不要轻易做重复，超了的话就拎着水呆着吧，要等着水缸有空间才能倒入，三个小和尚等待就等于没有水桶了，老和尚没有水桶也喝不了水，死锁。不过，老和尚可以用手啊，可以爬进去喝啊，说正经的，可以直接让小和尚把他手里桶给你啊——弱智～！！
如 果你思维活跃、较真，很多题真是伤脑筋，无解。或者说，这个题可以复杂到非常难分析。比如，这个老和尚喝水用桶就有争议了，到底这个桶是只有小和尚用还是老和尚也用，如果都用，可不可以小和尚直接把桶交给老和尚？为何不可？所以，出题者还是严谨点吧，碰到严谨的学生，你可就真是大坑。）
p(space);//水缸没满则可以开始打水，水桶空间space-1
p(bucket);//有水桶才可以打水
p(mutexWell);//水井太窄，独占
从井中取水;
v(mutexWell);//释放水井
p(mutexVat);//水缸也小，独占
将水倒入缸中;
v(mutexVat);//释放水缸
v(bucket);//打水完成，释放水桶
v(available);//可用水量+1
p(available);//老和尚要喝水，首先要有水吧available
p(bucket);//然后，老和尚也需要水桶进去捞水
p(mutexVat);//水缸太窄，又要独占把
v(mutexVat);//释放
v(space);//咕咚咕咚，喝完了，水缸里多了空间（其实是打出来了就多了）。
v(bucket);//交出篮子
茶妹采茶：多个茶妹采茶同时倒入茶箱，茶箱慢，有一个运茶人换箱并将箱运走，茶箱最多容纳16袋茶，要求用PV操作对这些茶妹和运茶人进行正确管理。
因为茶妹可以无数个，运茶人只有一个，也就是无数生产者，一个消费者(或者运输者)。因为都是对箱子进行操作，所以假设茶箱是临界资源（也许有争议认为换箱是瞬间的，但是既然题目这样给了，肯定说的不是瞬间动作，需要独占一下；同样道理，倒茶动作也独占）。
茶箱满运茶人才来运，所以需要一个信号量full来提示运茶人换箱。
semahpore mutex = 1;
producer(){
transport(){
是不是很简单呢，不过似乎还有问题，别忘了，运茶人不是随便装茶走的，要满。所以要加一个
本 文分析的就是到底多少个信号量才够用，一个full从0和1之间变换，是能告诉运茶人full == 1时来换箱了。但是16袋茶才满箱，在0到15之间倒茶时，怎么能区分是不是倒满箱了呢。所以这一个变量不够用。那怎么办？加信号量，还是if语句？即使 加了if语句，也至少需要一个变量来判断是不是到16了吧。
最后，这个判断要和临界区的排斥功能融合起来，也就是要知道什么时候告诉其他采茶妹停止倒茶。判断语句必然在倒茶之前，觉得没满才对茶箱进行P操作。
所以粗糙的分析一下：
semahpore mutex = 1;//茶箱临界资源互斥。
unsigned int space = 16;//茶箱剩余空间（还可倒入多少茶）
unsigned int full = 0;//茶箱是否满，不满全为0.
producer(){//倒茶者
if(space != 0){//进入条件是剩余空间不为0，不代表过程中一定是。
&&& p(mutex);
&&&space--;//更改space变量的操作肯定要在if(space != 0 ) {}的内部，肯定要在V操作之前，不然你前脚刚倒满，还没“声明满了”，人家后脚又倒入，溢出了。
&&&v(mutex);
&&&if(space == 0){//如果这次倒满了
&&&&&&full = 1;//把茶箱转为“（full）满”状态
&&&}/* 个人理解：full置1的操作在V操作之后一定不会出错了！但是在之前也没太大问题～因为这只是伪代码，不是单个语句，从程序运行效果来讲，假如那个P操 作内部的实现是忙等，早将full置1会让运茶人早点对换箱操作进行尝试，考虑到多进程执行顺序不固定，晚置1的话会导致一定的拖延。但是～如果这个P操 作只是单条语句，先将full置1会导致运茶人卡在if语句内，从而出错，不过不太可能，P操作其实就应该是忙等，多次尝试，哪有一次不成功就受挫停止
的，有兴趣的还是去找一下具体的系统实现代码。
这句这么灵活的主要原因是运茶人条件简单，只要别在茶箱不满的时候让运茶人P到信号量就行了。那么又因为有了if语句，见满才运，所以这个条件很好做。
所以说，条件限制和顺序限制到底死不死，也看你设置的信号量和变量～！
transporter(){//运茶人
&&&if(full == 1){//满了才运茶
&&&&&&p(mutex);
&&&&&&换茶;
&&&&&&space = 16;//茶箱重置，16空间
&&&&&&v(mutex);
&&&&& full = 0;//这句和上边那句full置1操作一样，同样可以考虑放在V操作之前，区别不是很大。
关键点：用space来完成倒茶人之间的互斥，用full来完成运茶人和倒茶人之间的互动。单独一个信号量来保证同一时刻只有一个人使用茶箱（倒入或运出）
如果这些分析没有错的话，可以看到，其实信号量就是保护临界资源，要的就是一些逻辑，掌握一定规则，按固定模式套是没有问题的。
再回到第一个问题：
第一个过桥问题“答案”让人难以理解，主要还是信号量名称设的晦涩难懂，又没有加任何注释，流程有时候看着也乱，都是自己加空格增加条理。
进行了一定的复习以后，再看过桥问题，这是过桥问题的另一范本：
A方向行人过桥：
&&& P(SA);
&&&&&&countA = countA + 1;
&&&&&&if(countA == 1)
&&&&&&&&&P(mutex);
&&&&&&countA = countA - 1;
&&&&&&if(countA == 0)
&&&&&&&&&V(mutex);
B方向行人过桥：
&&& P(SB);
&&&&&&countB = countB + 1;
&&&&&&if(countB == 1)
&&&&&&&&&P(mutex);
&&&&&&countB = countB - 1;
&&&&&&if(countB == 0)
&&&&&&&&&V(mutex);
其中，上桥的时候要进行判断，看自己是不是同向第一人，是的话就由你去申请占用整个桥梁，不是同向第一人，只管按流程改一下count，上桥过桥就完了。
此 时两个mutex（SA、SB）是对两个count（A、B）进行保护，这样来看的话，两个count就不能共用了，如果count共用，比如西去东的人 在桥上，东去西的人尝试count+1之后count肯定大于1，根据if语句（判断同向count是否等于1，结果不等于），不会尝试对bridge进 行p操作，而反过来说，因为西去东的count被凭空无故的加了1，那么即使所有人都下桥了，count还是不能为0，不会对bridge进行V操作。
那这段代码和上边看那个“答案”其实是差不多的，二者只有+1的位置不同，判断的条件不同，“0+1再去判断是否为1”和”0是否为0“没有太大区别！
那么如果变成一个count来计数双向的人行不行？
貌似不行～！这只能实现首个上桥的人要跟对面人互斥使用bridge。之前看错了条理（这种写法本身是很乱的），认为一个bridge的PV操作就互斥了整个过程，那么多余的count就真的没必要了～！其实呢，对bridge的P操作只在if语句中，其余操作都不是互斥的。。
如果按我做的这个三段式的过程来分析，就能清楚地发现问题：
上桥，count+1，互斥对count进行操作。
过桥，可能会很漫长，反正不是瞬间完成
下桥，count-1，互斥对count进行操作。
流程拆分才是重点！如果不是按之前的误解来算，一个bridge的PV操作不能互斥整个后续过程，那么如果count再不区分方向，如果桥上有人（count不为0），似乎不能证明你是首个上桥的对面人，你发现count不为0，就不会尝试对bridge的操作而直接上桥，问题随之而来。。。
所以，毕竟是那么出名的一个题，一般都不会出现错误答案，只不过大家都小加工一下，改改名称罢了。
追加较完整题目和答案：
（二）&&有一座东西方向的独木桥；用P,V操作实现：
（1）& && & 每次只允许一个人过桥；
（2）& && & 当独木桥上有行人时，同方向的行人可以同时过桥，相反方向的人必须等待。
（3）& && & 当独木桥上有自东向西的行人时，同方向的行人可以同时过桥，从西向东的方向，只允许一个人单独过桥。（此问题和读者与写者问题相同,东向西的为读者，西向东的为写者）。
设信号量 MUTEX=1
设信号量： MUTEX=1 (东西方互斥)
& && &MD=1& & (东向西使用计数变量互斥)
& &MX=1& & (西向东使用计数变量互斥)
设整型变量： CD=0&&(东向西的已上桥人数)
& && &&&CX=0&&(西向东的已上桥人数)
从东向西：
{P (MUTEX)&&}
CD=CD+1
{V (MUTEX)&&}
从西向东：
{P (MUTEX)&&}
CX=CX+1
{V (MUTEX)&&}
(3) 解：从东向西的，和（2）相同；从西向东的和（1）相同。
另外 追加一些练习题：
直接贴图了，因为不画图直接写文字不方便观看。
简单分析：
n个顾客最多，所以顾客进入和离开是对Sn进行PV操作（因为Sn初始值是n～）
比较纠结的是S1和S2这块，可能会觉得有点纠缠的感觉，其实就是给他加个概念、加些文字去理解：
虽然收银员只能处理一个顾客，但不代表顾客都想被他处理。。。
顾客不是全排队等着他收银的，万一大家正好都没有结帐的意愿而在闲逛呢，收银员应该停下来才对吧？不然收谁去啊！？
那么就是说有人来了他才工作，所以说，需要一个信号量来告知他可以收费了（或者你把他也当成一个消费者，比较直观），这就是一个V操作，对信号S1（其实和S2没有本质区别，选项会告诉你没得选择）进行V操作，就是让0变1了。
其实这个“沉睡了一万年“的”渴望收费”的收银员也一直在等人“唤醒”他，他得进行P操作，那么既然用S1当这个唤醒信号了，S1变成1了，那么收银员肯定是进行P(S1)。
当收银员收费结束，他得告诉人家“给完了钱，你就可以走了！”——或者理解为，你可以推着货物出去而不响警报了。。。
那么顾客就消耗了这个机会P（S2），就走出去了，然后V(SN)，超市可容纳顾客又多了一个。
解释如果还模糊的话，那这么说：S1是排队顾客给收银员传达的，说你可以干活了。S2是收银员给排队顾客的，说你交过钱可以走了！
这个就简单多了，除非对流程有争议（比如认为发货员全程陪同，顾客出了仓库才算完），按一般理解的话，就是你提货经过发货员，检验就直接和发货员没关系了，全是检验员的事，所以S1是2，S2是1，顺序是P（S1）获得发货员，V（S1）释放。P（S2）获得检验员，V（S2）释放。
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