某车站售票厅，最多可容纳20名购票者进入，当售票厅中少于20名购票者时，其厅外的购票者可立即进入，否则，需在外等待。若把一个购票者看作是一个进程，请回答下列问题： ①写出用P/V操作管理这些并发进程时，信号量的初值以及信号量的各种取值的含义； ②根据所定义的信号量，编写相应的进程同步算法，以保证进程能够正确地并发执行。

① 初值为20，表示售票厅中最多可以容纳20个进程同时执行。当有一个进程进入售票厅时，信号量减1，表示售票厅中有一个进程正在执行。当一个进程离开售票厅时，信号量加1，表示售票厅中有一个进程执行完毕。

② 进程同步算法如下：

semaphore s = 20;

process ticket_buyer()
{
    P(s);  // 进入售票厅
    // 购票过程
    V(s);  // 离开售票厅
}

在进入售票厅之前，每个进程都要执行 P 操作，等待信号量 s 大于0，表示售票厅中还有空位。当信号量 s 大于0时，进程执行购票过程，然后执行 V 操作，释放售票厅中的一个位置，使其他进程可以进入售票厅。由于信号量的初值为20，最多只有20个进程可以同时进入售票厅，保证了售票厅的并发执行。

相关问题

某车站售票厅，最多可容纳20名购票者进入，当售票厅中少于20名购票者时，其厅外的购票者可立即进入，否则，需在外等待。若把一个购票者看作是一个进程，请回答下列问题： ①写出用P/V操作管理这些并发进程时，信号量的初值以及信号量的各种取值的含义； ②根据所定义的信号量，编写相应的进程同步算法，以保证进程能够正确地并发执行

① P/V操作管理这些并发进程时，信号量的初值为20，表示售票厅中最多可容纳20名购票者进入。当有购票者进入售票厅时，信号量的值减1，表示售票厅中还能容纳的购票者数量减少1；当有购票者离开售票厅时，信号量的值加1，表示售票厅中还能容纳的购票者数量增加1。当信号量的值为0时，表示售票厅中已经满员，此时等待在外的购票者需要等待。

② 进程同步算法如下：

Semaphore mutex = 1; // 互斥信号量，用于保证对临界资源的互斥访问
Semaphore empty = 20; // 空闲信号量，初始为20，表示售票厅中有20个空闲位置
Semaphore full = 0; // 满信号量，初始为0，表示售票厅中没有购票者

void seller() {
    while (true) {
        P(empty); // 等待售票厅中有空闲位置
        P(mutex); // 进入临界区，保证对售票厅的互斥访问
        // 售票厅中有空闲位置，可以进入
        // 进行售票操作
        V(mutex); // 退出临界区
        V(full); // 售票完成，售票厅中增加了一个购票者
    }
}

void buyer() {
    while (true) {
        P(full); // 等待售票厅中有购票者
        P(mutex); // 进入临界区，保证对售票厅的互斥访问
        // 进行购票操作
        V(mutex); // 退出临界区
        V(empty); // 购票完成，售票厅中增加了一个空闲位置
    }
}

以上进程同步算法中，使用了三个信号量：互斥信号量mutex、空闲信号量empty和满信号量full。卖票者进程seller在进入售票厅之前需要等待空闲信号量empty，以保证售票厅中有空闲位置。同时在进入售票厅之前需要等待互斥信号量mutex，以保证对售票厅的互斥访问，避免多个卖票者同时对同一个空闲位置进行占用。售票完成后，售票厅中的购票者数量增加1，同时需要释放一个空闲位置，即增加空闲信号量empty的值。买票者进程buyer在购票之前需要等待满信号量full，以保证售票厅中有购票者。同时在购票之前需要等待互斥信号量mutex，以保证对售票厅的互斥访问，避免多个买票者同时对同一个购票者进行购买。购票完成后，售票厅中的购票者数量减少1，同时需要释放一个购票位置，即增加空闲信号量empty的值。

某车站售票厅，任何时刻最多可容纳20名购票者进入，当售票厅中少于20名购票者时，则厅外的购票者可立即进入，否则需在外面等待。若把一个购票者看作一个进程，请回答下列问题。 （1）用PV操作管理这些并发进程时，应怎样定义信号量，写出信号量的初值以及信号量各种取值的含义。 （2）根据所定义的信号量，利用PV操作写出能正确并发执行的进程。

（1）用 PV 操作管理这些并发进程时，可以定义一个信号量 `sem` 来控制售票厅中购票者的数量。初值为 20，表示售票厅中最多可以容纳 20 名购票者进入。当一个购票者进入售票厅时，需要执行 `wait(sem)` 操作，表示需要获取一个信号量。当售票厅中购票者的数量少于 20 时，购票者可以获得信号量并进入售票厅；否则购票者需要等待，直到售票厅中有购票者离开并释放信号量。

信号量的各种取值的含义如下：

- `sem = 20`：售票厅中最多可以容纳 20 名购票者进入。
- `0 < sem < 20`：售票厅中有购票者，但还有空位可以容纳更多购票者进入。
- `sem = 0`：售票厅中已经没有空位，需要等待有购票者离开并释放信号量才能进入。

（2）根据所定义的信号量，可以编写如下的购票者进程：

int sem = 20;  // 初始化信号量为 20

void ticket_buyer() {
    // 尝试获取信号量
    wait(sem);

    // 购票者进入售票厅
    buy_ticket();

    // 购票者离开售票厅
    leave_ticket_office();
    signal(sem);
}

其中，`wait(sem)` 和 `signal(sem)` 分别是 PV 操作中的等待和通知操作，它们可以使用系统提供的信号量机制来实现。在上述代码中，当一个购票者进入售票厅时，它会等待获取信号量；当一个购票者离开售票厅时，它会释放信号量。这样就可以保证在售票厅中的购票者数不超过 20，从而避免了资源竞争和死锁等问题。