题目

20.桌上有一个能盛得下5个水果的空盘子。爸爸不停地向盘中放苹果和橘子，儿子不停地从盘中取出橘子享用，女儿不停地从盘中取出苹果享用。规定3人不能同时向(从)盘子中放(取)水果。试用信号量[1]机制来实现爸爸、儿子和女儿这3个“循环进程”之间的同步。

20.桌上有一个能盛得下5个水果的空盘子。爸爸不停地向盘中放苹果和橘子，儿子不停地从盘中取出橘子享用，女儿不停地从盘中取出苹果享用。规定3人不能同时向(从)盘子中放(取)水果。试用信号量[1]机制来实现爸爸、儿子和女儿这3个“循环进程”之间的同步。

题目解答

答案

 在这个场景中，我们需要使用信号量来控制三个进程之间的同步，确保他们不会同时进行放水果或取水果的操作。我们可以定义三个信号量，分别用于控制放苹果、放橘子和取水果的操作。

假设我们定义以下信号量：

1. `empty`：表示盘子是否为空，初始化为1，表示盘子为空。

2. `full`：表示盘子是否已满，初始化为0，表示盘子为空。

3. `mutex`：用于控制对盘子的访问，初始化为1，表示可以访问。

爸爸、儿子和女儿的进程可以用以下方式实现：

爸爸进程（放苹果）：

1. P(`empty`)

2. V(`mutex`)

3. 放苹果

4. V(`full`)

儿子进程（放橘子）：

1. P(`empty`)

2. V(`mutex`)

3. 放橘子

4. V(`full`)

女儿进程（取水果）：

1. P(`full`)

2. V(`mutex`)

3. 取水果

4. V(`empty`)

在上述进程中，我们可以看到：

- `empty`和`full`信号量用于控制盘子的状态，确保在放水果时盘子为空，在取水果时盘子为满。

- `mutex`信号量用于控制对盘子的访问，确保一次只有一个进程可以访问盘子。

通过这种方式，我们可以确保爸爸、儿子和女儿的进程不会同时进行放水果或取水果的操作，从而实现他们之间的同步。

解析

考查要点：本题主要考查信号量机制在多进程同步中的应用，特别是如何通过信号量实现互斥访问和资源管理，确保多个进程在共享资源时不会发生冲突。

解题核心思路：

  1. 互斥访问：使用互斥信号量mutex确保同一时间只有一个进程操作盘子。
  2. 资源管理：通过empty和full信号量分别控制盘子的空位和已用空间，避免爸爸向满盘子放水果或孩子从空盘子取水果。

破题关键点：

  • 信号量定义：empty表示空位数量（初始为5），full表示已用空间（初始为0），mutex控制互斥访问（初始为1）。
  • 操作顺序：每个进程需先通过信号量检查资源状态，再加锁操作，最后释放资源。

信号量定义

  • empty：计数信号量，初始值为5（盘子最多容纳5个水果）。
  • full：计数信号量，初始值为0（盘子初始为空）。
  • mutex：二进制信号量，初始值为1（允许第一个进程访问）。

爸爸进程（放苹果/橘子）

  1. 检查空位：P(empty)，确保盘子未满。
  2. 加锁：P(mutex)，独占盘子。
  3. 放入水果（苹果或橘子）。
  4. 释放锁：V(mutex)。
  5. 更新资源状态：V(full)，表示已用空间增加。

儿子进程（取橘子）

  1. 检查水果：P(full)，确保盘子不空。
  2. 加锁：P(mutex)，独占盘子。
  3. 取出橘子。
  4. 释放锁：V(mutex)。
  5. 更新资源状态：V(empty)，表示空位增加。

女儿进程（取苹果）

  1. 检查水果：P(full)，确保盘子不空。
  2. 加锁：P(mutex)，独占盘子。
  3. 取出苹果。
  4. 释放锁：V(mutex)。
  5. 更新资源状态：V(empty)，表示空位增加。