5.3.1.2. Решение (алгоритм) проблемы "обедающих философов"

Хорошее решение:

#defineN5 //количество философов

#define LEFT (i+N+1)%N //номер левого соседа

#define RIGHT (i=N-1)%N //номер правого соседа

#define THINKING 0 //думает

#define HUNGRY 1 //голоден

#define EATING 2 //ест

typedefintsemaphore;

intstate[N]; //массив для отслеживания состояний каждого философа

semaphoremutex=1;

semaphoreS[N]; //каждому философу по семафору

//-------------------------------------------------------------------------------------------------

void philosopher (int i) //i – номер философа от 0 до N-1

{

while(1)

{

think();

take_forks(i);

eat();

put_forks(i);

}

}

void take_forks (int i)

{

wait(mutex); //вход вCS

state[i]=HUNGRY; //фиксация наличия голодного философа

test(i); //фиксация наличия голодного философа

release(mutex); //выход изCS

wait(S[i]); //блокировка, если вилок не досталось

}

void test (int i)

{

if(state[i]==HUNGRY && state[LEFT)!=EATING)

{

state[i]=EATING;

signal(S[i]);

}

}

Здесь философ как бы сам себя пропускает, открывая семафор. Если же условие ложно, семафор не откроется, и процедура take_forksбудет блокирована.

void put_forks (int i)

{

wait(mutex); //вход в CS

state[i]=THINKING; //философ перестал есть

test(LEFT); // проверить, могут ли есть

test(RIGHT); //соседи слева и справа

release (mutex); //выход из CS

}

5.3.2. Проблема "спящего брадобрея" (задача о парикмахерской)

5.3.2.1. Описание задачи о парикмахерской

В парикмахерской есть один брадобрей, его кресло и nстульев для посетителей. Если желающих побриться нет, брадобрей сидит в своем кресле и спит. Если в парикмахерскую приходит клиент, а брадобрей спит, клиент будит его. Если же брадобрей занят, то клиент садится на стул или уходит, если все стулья заняты. Необходимо запрограммировать брадобрея и посетителей.

Предлагаемое решение:

Используются три семафора:

Customers– для подсчета ожидающих посетителей (без того, который уже стрижется);

Barbers– количество простаивающих в ожидании брадобреев (0 или 1);

Mutex– для реализации взаимного исключения.

Также используется переменная waitingдля подсчета ожидающих посетителей. Она является копиейcustomersи нужна для того, чтобы заглядывающий клиент мог сосчитать количество занятых стульев и уйти, если мест уже нет. При отсутствии неблокирующего ожидания на семафоре копияcustomers– единственный выход.

5.3.2.2. Решение (алгоритм) задачи о парикмахерской

#defineCHAIRS5 //количество стульев

typedef int semaphore;

semaphore customers=0;

semaphore barbers=0;

semaphore mutex=1;

int waiting=0;

void barber(void)

{

while(1)

{

wait(customers); //ждать посетителей

wait(mutex); //вход вCS

waiting--; //ждет уже на одного меньше

signal(barbers); // на одного больше брадобрея доступно

release(mutex); // выход из СS

cut_hair(); //обслуживание – внеCS

}

}

void customer(void)

{

wait(mutex); //вход в CS

if(waiting<CHAIRS)

{

//если есть места

waiting++; //ожидающих на 1 больше

signal(customers); //разбудить брадобрея, если надо

release(mutex); //выход изCS

wait(barbers); //ждать, пока брадобрей не освободится

get_haircut(); //постричься

}

elserelease(mutex); //много посетителей – уйти, освободитьmutex

}

Приходя, клиент запрашивает mutex; если придут сразу два клиента или более, только один из них сможет выполнять процедуруcustomer.

Если свободный стул есть, посетитель увеличивает число ожидающих и активизирует брадобрея. Но начать стричься он не может, пока брадобрей занят. Брадобрей, приходя на работу, сначала блокируется на семафоре customers. Когда придет клиент и активизирует его, брадобрей захватитmutexи уменьшит число ожидающих, усадив одного клиента в кресло.

Замечание: не смотря на отсутствие передачи данных между процессами, рассмотренные задачи являются задачами межпроцессорного взаимодействия, т.к. они требуют синхронизации действий процессов.

Это в некоторой степени относится и к следующей задаче.