| 一. 管程的概念 |
| 1． 管程的形式 |
管程作为一个模块，它的类型定义如下：
monitor_name = MoNITOR;
共享变量说明;
define 本管程内部定义、外部可调用的函数名表;
use 本管程外部定义、内部可调用的函数名表;
内部定义的函数说明和函数体
{
共享变量初始化语句;
}
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| 2． 管程的特点 |
从语言的角度看，管程主要有以下特性：
（1）模块化。管程是一个基本程序单位，可以单独编译;
（2）抽象数据类型。管程是中不仅有数据，而且有对数据的操作;
（3）信息掩蔽。管程外可以调用管程内部定义的一些函数，但函数的具体实现外部不可见;
对于管程中定义的共享变量的所有操作都局限在管程中，外部只能通过调用管程的某些函数来间接访问这些变量。因此管程有很好的封装性。
为了保证共享变量的数据一致性，管程应互斥使用。 管程通常是用于管理资源的，因此管程中有进程等待队列和相应的等待和唤醒操作。在管程入口有一个等待队列，称为入口等待队列。当一个已进入管程的进程等待时，就释放管程的互斥使用权；当已进入管程的一个进程唤醒另一个进程时，两者必须有一个退出或停止使用管程。在管程内部，由于执行唤醒操作，可能存在多个等待进程（等待使用管程），称为紧急等待队列，它的优先级高于入口等待队列。
因此，一个进程进入管程之前要先申请，一般由管程提供一个enter过程；离开时释放使用权，如果紧急等待队列不空，则唤醒第一个等待者，一般也由管程提供外部过程leave。
管程内部有自己的等待机制。管程可以说明一种特殊的条件型变量：var c:condition；实际上是一个指针，指向一个等待该条件的PCB队列。对条件型变量可执行wait和signal操作：
wait(c):若紧急等待队列不空，唤醒第一个等待者，否则释放管程使用权。执行本操作的进程进入C队列尾部；
signal(c):若C队列为空，继续原进程，否则唤醒队列第一个等待者，自己进入紧急等待队列尾部。
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| 二. 实例 |
| 1． 生产者-消费者问题（有buffer） |
问题描述：(见信号量部分）
解答：
管程：buffer=MODULE;
（假设已实现一基本管程monitor，提供enter,leave,signal,wait等操作）
notfull,notempty:condition;
— notfull控制缓冲区不满,notempty控制缓冲区不空；
count,in,out: integer;
— count记录共有几件物品，in记录第一个空缓冲区，out记录第一个不空的缓冲区
buf:array [0..k-1] of item_type;
define deposit,fetch;
use monitor.enter,monitor.leave,monitor.wait,monitor.signal;
procedure deposit(item);
{
if(count=k) monitor.wait(notfull);
buf[in]=item;
in:=(in+1) mod k;
count++;
monitor.signal(notempty);
}
procedure fetch:Item_type;
{
if(count=0) monitor.wait(notempty);
item=buf[out];
in:=(in+1) mod k;
count--;
monitor.signal(notfull);
return(item);
}
{
count=0;
in=0;
out=0;
}
进程：producer,consumer;
producer（生产者进程）：
Item_Type item;
{
while (true)
{
produce(&item);
buffer.enter();
buffer.deposit(item);
buffer.leave();
}
}
consumer（消费者进程）：
Item_Type item;
{
while (true)
{
buffer.enter();
item=buffer.fetch();
buffer.leave();
consume(&item);
}
}
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| 2． 第一类读-写者问题 |
问题描述：（见信号量部分）
解答：
管程：bulletin=MODULE;
（假设已实现一基本管程monitor，提供enter,leave,signal,wait等操作）
r,w:condition;
— r控制读者使用黑板,w控制写者；
writing:boolean;
— 当前是否写者使用黑板
read_account:integer;
define start_read,end_read,start_write,end_write;
use monitor.enter,monitor.leave,monitor.wait,monitor.signal;
procedure start_read();
{
if(writing) monitor.wait(r);
read_account++;
monitor.signal(r);
}
procedure end_read();
{
read_account--;
if (read_account=0) monitor.signal(w);
}
procedure start_write();
{
if((read_account<>0) or writing) monitor.wait(w);
writing=true;
}
procedure end_write();
{
writing=false;
if (r<>NULL) monitor.signal(r);
else monitor.signal(w);
}
进程：writer - 写者进程，reader - 读者进程
reader - (读者进程）：
{
while (true)
{
bulletin.enter();
bulletin.start_read();
read();
bulletin.end_read();
bulletin.leave();
}
}
writer - (写者进程）：
{
while (true)
{
bulletin.enter();
bulletin.start_write();
write();
bulletin.end_write();
bulletin.leave();
}
}
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| 3． 哲学家问题 |
问题描述：（见信号量部分）
解答：
管程：dining=MODULE;
（假设已实现一基本管程monitor，提供enter,leave,signal,wait等操作）
queue:array [0..4] of condition;
— 控制哲学家能否进食；
fork:array[0..4] of (free,use);
— 当前各个叉子的状态
define pickup,test,putdown;
use monitor.enter,monitor.leave,monitor.wait,monitor.signal;
procedure pickup(i:0..4);
{
if(fork[i]=used) monitor.wait(queue[i]);
fork[i]=used;
}
procedure putdown(i:0..4);
{
fork[i]=free;
monitor.signal(queue[i]);
}
procedure test(i:0..4):boolean;
{
if(fork[i]=use) ok=false
else { fork[i]=use; ok=true; } ;
return ok;
}
管程：dining=MODULE;
philosopher(i:0..4);
with_two_forks:boolean;
{
while (true)
{
think();
with_two_forks=false;;
while(!with_two_forks) {
dining.enter();
dining.pickup(i);
if(dining.test((i+1) mod 5) with_two_forks=true;
else dining.putdown(i);
dining.leave();
}
eat();
dining.enter();
dining.putdown(i);
dining.putdown((i+1) mod 5));
dining.leave();
}
}
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