操作系統筆記：書Page188第50題

參考文獻：[1]費翔林, 駱斌. 操作系統教程(第五版) [M]. 北京:高等教育出版社，2014. 

題目：某寺廟有小和尚和老和尚若干，水缸一隻，由小和尚提水入缸供老和尚飲用。水缸可容水10桶，水取自同一口水井中。水井徑窄，每次僅能容納一隻水桶取水，水桶總數爲三個。每次放入、取出的水量僅爲1桶，而且不能同時進行。規定取水、提水都需要用桶。試用一種同步工具寫出小和尚和老和尚放入水、取水的活動過程。

---

解：

1. 題意解讀：

   • 首先要清楚這是一個大方向上是同步，同步中又有互斥的問題。
   • 同步：所謂同步，是指散佈在不同進程之間的若干程序片斷，它們的運行必須嚴格按照規定的、某種先後次序來運行，這種先後次序依賴於要完成的特定的任務。（書上P129頁第2段一個意思）顯然，小和尚提水給老和尚喝，肯定得小和尚提水的進程先完成，老和尚取水的進程才能進行（規定的、某種先後次序來運行）。而同步資源當然就是缸裏的10桶水了，所以設 semaphore empty=10,full=0;（empty對應小和尚要提多少桶才能加滿缸，full對應老和尚可以取多少桶水）。
   • 互斥：所謂互斥，是指散佈在不同進程之間的若干程序片斷，當某個進程運行其中一個程序片段時，其它進程就不能運行它們之中的任一程序片段，只能等到該進程運行完這個程序片段後纔可以運行。（書上P128頁第5段一個意思）在這裏有三個互斥資源：桶、井、缸。設 semaphore S桶=3,S缸=1，S井=1;（S桶：有3只桶能用；S缸：有一隻缸能用；S井：有一口井能用）。

2. PV操作模擬過程僞代碼：

semaphore empty=10,full=0; //同步資源
semaphore S井=S缸=1,S桶=3; //互斥資源
cobegin:
    Process_老和尚:
    {
      L1:P(full); //缸內的水減1桶
          P(S桶); //拿桶
          P(S缸); //佔缸
          取水;
          V(S缸); //還缸
          V(S桶); //還桶
          V(empty); //缸還能盛下的水加1桶
          goto L1;
    }

    Process_小和尚:
    {
      L2:P(empty); //缸內能盛下的水減1桶
          P(S桶); //拿桶
          P(S井); //佔井
          P(S缸); //佔缸
          倒水;
          V(S井); //還井
          V(S缸); //還缸
          V(S桶); //還桶
          V(full); //缸還內的水加1桶
          goto L2;
    }
coend;

---

總結：

1. PV操作用於互斥時，位於同一進程內。（看上面的S桶、S缸、S井）
2. PV操作用於同步時，交錯出現於兩個合作的進程內。（empty、full）
3. 多個P操作次序不可顛倒，否則可能產生死鎖。（比如Process_老和尚中，S桶和S缸換一下，當老和尚把缸佔了，小和尚把3只桶全拿去打水了，就會出現死鎖）
4. 多個V操作次序可任意。
5. 如果既有同步，又有互斥信號，則同步在前，互斥在後。（看上面P(full)/P(empty)都是第一個，比如P(empty)在後面，那麼當缸裏不能再盛水時，小和尚也要去打水）