藍顏色是格外注意的
還有讀讀共享，讀寫互斥問題。
要背會四個模式，套用模式
例題講解
1）生產者-消費者問題
一般意義的“生產者—消費者”問題：N個buffer，多個生產者，多個消費者，循環存取buffer。這就是一般意義的“生產者—消費者”問題。利用記錄型信號量解決一般意義的“生產者—消費者”問題算法描述，請看教材。
說明：
（1）由於buffer有N個，而且buffer又是臨界資源，因此，需要增加一個信號量mutex來實現對buffer的互斥訪問，其初始值爲1。需要特別強調的是，這種情況下，mutex不能省略。
（2）這種情況下，只要保證爲不同的進程分配不同buffer，putdata和getdata操作是可以同時進行的，因此，對buffer的互斥訪問不是發生在對buffer的存取操作上，而是發生在對buffer的分配上。
2）“哲學家進餐”問題
教材中解決哲學家進餐問題的算法有可能發生死鎖，爲避免死鎖，可以採用以下三種策略：
策略一原理：至多隻允許四個哲學家同時進餐，以保證至少有一個哲學家能夠進餐，最終總會釋放出他所使用過的兩支筷子，從而可使更多的哲學家進餐。定義信號量count，只允許4個哲學家同時進餐，這樣就能保證至少有一個哲學家可以就餐。
semaphore chopstick[5]={1，1，1，1，1};
semaphore count=4;
void philosopher(int i)
{while(true)
{
think();
wait(count); //請求進入房間進餐
wait(chopstick[i]); //請求左手邊的筷子
wait(chopstick[(i+1)%5]); //請求右手邊的筷子
eat();
signal(chopstick[(i+1)%5]); //釋放右手邊的筷子
signal(chopstick[i]); //釋放左手邊的筷子
signal(count); //退出房間釋放信號量
}
}
策略二原理：僅當哲學家的左右兩支筷子都可用時，才允許他拿起筷子進餐。可以利用AND 型信號量機制實現，也可以利用信號量的保護機制實現。利用信號量的保護機制實現的思想是通過記錄型信號量mutex對取左側和右側筷子的操作進行保護，使之成爲一個原子操作，這樣可以防止死鎖的出現。描述如下：
semaphore mutex = 1 ;
semaphore chopstick[5]={1，1，1，1，1};
void philosopher(int i)
{while(true)
{
think();
wait(mutex);
wait(chopstick[(i+1)%5]);
wait(chopstick[i]);
signal(mutex);
eat();
signal(chopstick[(i+1)%5]);
signal(chopstick[i]);
}
}
策略三原理：規定奇數號的哲學家先拿起他左邊的筷子，然後再去拿他右邊的筷子；而偶數號的哲學家則相反。按此規定，將是1、2號哲學家競爭1號筷子，3、4號哲學家競爭3號筷子。即五個哲學家都競爭奇數號筷子，獲得後，再去競爭偶數號筷子，最後總會有一個哲學家能獲得兩支筷子而進餐。
semaphore chopstick[5]={1，1，1，1，1};
void philosopher(int i)
{while(true)
{
think();
if(i%2 == 0) //偶數哲學家，先右後左。
{
wait (chopstick[(i + 1)%5]) ;
wait (chopstick[i]) ;
eat();
signal (chopstick[(i + 1)%5]) ;
signal (chopstick[i]) ;
}
else //奇數哲學家，先左後右。
{
wait (chopstick[i]) ;
wait (chopstick[(i + 1)%5]) ;
eat();
signal (chopstick[i]) ;
signal (chopstick[(i + 1)%5]) ;
}
}
3）“讀者—寫者”問題的演變
從本質上講，讀者—寫者問題要解決：讀、讀共享；寫、寫互斥；寫、讀互斥。有兩種解決模式：
模式一，讀者優先的“讀者—寫者”問題解決模式（算法描述請參考教材）：
①定義互斥信號量wmutex，實現寫、寫互斥和寫、讀互斥。
②定義整型變量Readcount表示正在讀的進程數目。由於只要有一個Reader進程在讀，便不允許Writer進程寫，因此僅當Readcount=0，即無Reader進程在讀時，Reader才需要執行Wait(wmutex)操作。若Wait(wmutex)操作成功，Reader進程便可去讀，相應地，做Readcount+1操作。同理，僅當Reader進程在執行了Readcount減1操作後其值爲0時，才需執行signal(wmutex)操作，以便讓Write進程寫。
③由於Readcount爲多個讀進程共享（修改），因此需要以互斥方式訪問，爲此，需要定義互斥信號量rmutex，保證讀進程間互斥訪問Readcount。
說明：在讀者—寫者問題中，實現“讀、讀共享”是有一定難度的，請掌握該模式（由②和③構成）。
模式二，寫者優先的“讀者—寫者”問題解決模式，算法描述如下：
設3個信號量：
rmutex --- 讀互斥信號量，初值爲1；
wmutex --- 寫互斥信號量，初值爲1；
s --- 用於在寫進程到達後封鎖後續的讀者，初值爲1；
count --- 共享變量，用於記錄當前正在讀文件的讀者數目，初值爲0；
semaphore rmutex=1, wmutex=1, s=1;
int count=0;
main()
{
Cobegin
Reader();
Writer();
Coend
}
Reader()
{
While(1) {
P(s);
P(rmutex);
If (count==0) P(wmutex); /*當第1個讀者讀文件時，阻止寫者寫*/
count++
V(rmutex);
V(s);
讀文件；
P(rmutex);
count--;
If (count==0) V(wmutex); /*當最後1個讀者讀完文件時，允許寫者寫*/
V(rmutex);
}
}
Writer()
{
While(1) {
P(s);
P(wmutex);
寫文件；
V(wmutex);
V(s);
}
}
例題解析
【例1】 桌上有1空盤，允許存放1個水果。爸爸向盤中放蘋果，也可以向盤中放桔子。兒子專等喫盤中的桔子，女兒專等喫盤中的蘋果。規定當盤空時一次只能放1個水果供喫者取用。請用Wait()、Signal()原語實現爸爸、兒子、女兒三個併發進程的同步。
【南京大學2000】
【分析】這是複雜情況的“生產者—消費者”問題，既有同步又有互斥。爸爸進程與兒子進程、女兒進程需要同步，兒子進程與女兒進程需要互斥。設置4個信號量S（盤子是否爲空，初值爲1）、So（盤中是否有桔子，初值爲0）、Sa（盤中是否有蘋果，初值爲0）和mutex（用於對盤子的互斥訪問，初值爲1）。由於只有一個盤子（相當於只有一個buffer），對盤子的互斥訪問發生在對盤子的存取操作上，S、So和Sa就可以保證對盤子的互斥操作了，故mutex也可以省略。
解：設三個信號量：
S --- 盤子是否爲空，初值爲1；
So --- 盤中是否有桔子，初值爲0；
Sa --- 盤中是否有蘋果，初值爲0；
Semaphore S=1, So=0, Sa=0;
Main() {
Cobegin
Father();
Son();
Daughter();
Coend
}
Father() {
While(1) {
Wait(S); 將水果放入盤中；
If (放入的是桔子) Signal(So);
Else Signal(Sa);
}
}
Son() {
While(1) {
Wait(So); 從盤中取出桔子；Signal(S); 喫桔子；
}
}
Daughter() {
While(1) {
Wait(Sa); 從盤中取出蘋果；Signal(S); 喫蘋果；
}
}
【例2】 如圖1所示，有多個PUT操作同時向Buff1放數據，有一個MOVE操作不斷地將Buff1的數據移到Buff2，有多個GET操作不斷地從Buff2中將數據取走。Buff1的容量爲m，Buff2的容量是n，PUT、MOVE、GET每次操作一個數據，在操作的過程中要保證數據不丟失。試用P、V原語協調PUT、MOVE的操作，並說明每個信號量的含義和初值。
圖1 進程操作圖
【分析】這裏存在兩個一般意義的“生產者—消費者”問題，PUT（生產者）與MOVE（消費者）之間，需要設置三個信號量；MOVE（生產者）與GET（消費者）之間，需要設置三個信號量。PUT進程套用生產者進程即可，MOVE進程只有在Buff1有新數據且Buff2有空閒區的時候才移動數據，GET進程套用消費者進程即可。
答案：設置6個信號量full1、empty1、B-M1、full2、empty2、B-M2，它們的含義和初值如下：
1) full1表示Buff1是否有數據，初值爲0；
2) empty1表示Buff1有空間，初值爲m；
3) B-M1表示Buff1是否可操作，初值爲1；
4) Full2表示Buff2是否有數據，初值爲0；
5) Empty2表示Buff2有空間，初值爲n；
6) B-M2表示Buff2是否可操作，初值爲1；
<PUT類進程>
{
repeat
P(empty1)； /*判斷Buff1是否有空間，沒有則等待 */
P(B-M1)； /*是否可操作Buff1*/
PUT；
V(B-M1)； /*設置Buff1可操作標誌 */
V(full1)； /*設置Buff1有數據的標誌 */
until false
}
<MOVE類進程>
{
repeat
P(full1)； /*判斷Buff1是否有數據，沒有則等待*/
P(empty2)； /*判斷Buff2是否有空間，沒有則等待*/
P(B-M1)； /*是否可操作Buff1 */
P(B-M2)； /*是否可操作Buff2 */
MOVE；
V(B-M1)； /*設置Buff1可操作標誌*/
V(B-M2)； /*設置Buff2可操作標誌*/
V(empty1)； /*設置Buff1有空間標誌*/
V(full2)； /*設置Buff2有數據標誌*/
until false
}
<GET類進程>
{
repeat
P(full2)； /*判斷Buff2是否有數據，沒有則等待 */
P(B-M2)； /*是否可操作Buff2*/
GET；
V(B-M2)； /*設置Buff2可操作標誌 */
V(empty2)； /*設置Buff2有空間的標誌 */
until false
【例3】（8分）某銀行提供1個服務窗口和10個供顧客等待的座位。顧客到達銀行時，若有空座位，則到取號機上領取一個號，等待叫號。取號機每次僅允許一位顧客使用，當營業員空閒時，通過叫號選取1位顧客，併爲其服務。顧客和營業員的活動過程描述如下：
cobegin
{
process 顧客i
{
從取號機獲得一個號碼；
等待叫號；
獲得服務；
}
process 營業員
{
while （TRUE）
{
叫號；
爲顧客服務；
}
}
} coend
請添加必要的信號量和P、V（或wait()、signal()）操作，實現上述過程中的護持與同步。要求寫出完整的過程，說明信號量的含義並賦初值。 【全國統考 2011】
解：
semaphore emptySeats:=10 //空閒座位數
semaphore fullSeats:=0 //已佔座位數
semaphore mutex:=1 //顧客使用取號機互斥信號量
cobegin
{
process 顧客i
{
wait(emptySeats); //獲取一個座位
wait(mutex); //佔用取號機取號
從取號機獲得一個號碼；
signal(mutex) //釋放取號機
signal(fullSeats) //座位上增加一個顧客
等待叫號；
signal(emptySeats); //釋放一個座位
獲得服務；
}
process 營業員
{
while （TRUE）
{
wait(fullSeats); //座位上減少一個顧客
叫號；
爲顧客服務；
}
}
} coend
講評：此題爲生產者-消費者問題的翻版。課本上的哲學家進餐問題、生產者–消費者問題、讀者–寫者問題爲基礎性的進程同步問題，需要認真真正掌握，以此爲基礎用於解決其他進程同步問題。