操作系统笔记：书Page188第50题

参考文献：[1]费翔林, 骆斌. 操作系统教程(第五版) [M]. 北京:高等教育出版社，2014. 

题目：某寺庙有小和尚和老和尚若干，水缸一只，由小和尚提水入缸供老和尚饮用。水缸可容水10桶，水取自同一口水井中。水井径窄，每次仅能容纳一只水桶取水，水桶总数为三个。每次放入、取出的水量仅为1桶，而且不能同时进行。规定取水、提水都需要用桶。试用一种同步工具写出小和尚和老和尚放入水、取水的活动过程。

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解：

1. 题意解读：

   • 首先要清楚这是一个大方向上是同步，同步中又有互斥的问题。
   • 同步：所谓同步，是指散布在不同进程之间的若干程序片断，它们的运行必须严格按照规定的、某种先后次序来运行，这种先后次序依赖于要完成的特定的任务。（书上P129页第2段一个意思）显然，小和尚提水给老和尚喝，肯定得小和尚提水的进程先完成，老和尚取水的进程才能进行（规定的、某种先后次序来运行）。而同步资源当然就是缸里的10桶水了，所以设 semaphore empty=10,full=0;（empty对应小和尚要提多少桶才能加满缸，full对应老和尚可以取多少桶水）。
   • 互斥：所谓互斥，是指散布在不同进程之间的若干程序片断，当某个进程运行其中一个程序片段时，其它进程就不能运行它们之中的任一程序片段，只能等到该进程运行完这个程序片段后才可以运行。（书上P128页第5段一个意思）在这里有三个互斥资源：桶、井、缸。设 semaphore S桶=3,S缸=1，S井=1;（S桶：有3只桶能用；S缸：有一只缸能用；S井：有一口井能用）。

2. PV操作模拟过程伪代码：

semaphore empty=10,full=0; //同步资源semaphore S井=S缸=1,S桶=3; //互斥资源cobegin:    Process_老和尚:    {      L1:P(full); //缸内的水减1桶          P(S桶); //拿桶          P(S缸); //占缸          取水;          V(S缸); //还缸          V(S桶); //还桶          V(empty); //缸还能盛下的水加1桶          goto L1;    }    Process_小和尚:    {      L2:P(empty); //缸内能盛下的水减1桶          P(S桶); //拿桶          P(S井); //占井          P(S缸); //占缸          倒水;          V(S井); //还井          V(S缸); //还缸          V(S桶); //还桶          V(full); //缸还内的水加1桶          goto L2;    }coend;

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总结：

1. PV操作用于互斥时，位于同一进程内。（看上面的S桶、S缸、S井）
2. PV操作用于同步时，交错出现于两个合作的进程内。（empty、full）
3. 多个P操作次序不可颠倒，否则可能产生死锁。（比如Process_老和尚中，S桶和S缸换一下，当老和尚把缸占了，小和尚把3只桶全拿去打水了，就会出现死锁）
4. 多个V操作次序可任意。
5. 如果既有同步，又有互斥信号，则同步在前，互斥在后。（看上面P(full)/P(empty)都是第一个，比如P(empty)在后面，那么当缸里不能再盛水时，小和尚也要去打水）