桌上有一个空盘,允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果,也可向盘中放桔子,儿子专等吃盘中的桔子,女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘空时一次只能放一只水果供吃者取用,请用p、v原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发
时间: 2023-05-31 16:19:35 浏览: 224
### 回答1:
这是一个桌子上有一块空盘的问题,只允许放一个水果。爷爷可向盘中放苹果,也可向盘中放蜜桃,孩子专等吃盘中的桔子,女孩专等吃盘中的苹果。规定当盘空时一次只能放一个水果供吃者取用,请用P、V原语实现爷爷、孩子、女孩三个并发进程。
### 回答2:
首先,需要定义三个共享变量:fruit(水果类型)、mutex(互斥锁,保证同时只有一个人放水果)、father(父亲是否已经放了水果)。
其中,mutex的初始值为1,father的初始值为0。
父亲的实现可以使用P操作,当mutex的值为1时,表示盘子空闲,可以放水果。此时父亲对mutex进行P操作,将其锁住,然后放入想要的水果类型并将father设置为1。最后对mutex进行V操作,释放锁,并等待一段时间。
儿子和女儿的实现类似。当mutex的值为1且father为1时,表示盘子中有水果,可以取用。此时儿子或女儿对mutex进行P操作,将其锁住,判断盘子中的水果类型,如果是自己想要的水果,则取用,否则继续等待。最后对mutex进行V操作,释放锁,并等待一段时间。
具体实现如下:
```
var fruit = 0 // 0表示没放水果,1表示放了苹果,2表示放了桔子
var mutex = 1 // 互斥锁
var father = 0 // 0表示没放水果,1表示已经放了水果
func father() {
while true {
P(mutex)
if father == 0 {
fruit = rand(1, 2) // 随机生成1或2,表示放入苹果或桔子
father = 1
print("父亲放入了", if fruit == 1 then "苹果" else "桔子")
}
V(mutex)
sleep(rand(1, 2))
}
}
func son() {
while true {
P(mutex)
if father == 1 && fruit == 2 {
fruit = 0
father = 0
print("儿子取出了桔子")
}
V(mutex)
sleep(rand(1, 2))
}
}
func daughter() {
while true {
P(mutex)
if father == 1 && fruit == 1 {
fruit = 0
father = 0
print("女儿取出了苹果")
}
V(mutex)
sleep(rand(1, 2))
}
}
```
这样,父亲、儿子、女儿就可以并发地进行,通过互斥锁和共享变量实现了对盘子中水果的同步访问。当然,上述代码未考虑死锁等问题,实际使用时需要注意细节。
### 回答3:
题目要求我们使用P、V原语来实现爸爸、儿子、女儿三个并发,我们需要先简单介绍一下P、V原语的作用。
P原语:用于获取资源,即进入一个关键区,当可用资源为0时,该原语被阻塞,等待可用的资源。当有其他进程释放资源时,该进程被唤醒并拥有该资源。
V原语:用于释放资源,即退出一个关键区,将所持有资源的数目加一。
根据题目要求,我们可以将“盘中可以放一个苹果或桔子”的状态视为一种资源,而读取水果的操作可以视为进入一个关键区。所以我们可以分别为爸爸、儿子、女儿三个进程设置一个互斥信号量,来保证同时只有一个进程可以操作盘中的水果。
由于儿子和女儿对应的是不同的水果,我们可以为他们设置两个信号量,来分别控制苹果和桔子的取用。
下面是具体代码实现:
```
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/sem.h>
#define APPLE 0
#define ORANGE 1
//定义信号量
int empty; //盘中可以放置水果的数量,初始值为1
int mutex; //盘中水果的互斥信号量
int apple; //盘中苹果的数量,初始值为0
int orange; //盘中桔子的数量,初始值为0
int sem_create(int value) //创建信号量
{
int semid = semget(IPC_PRIVATE, 1, IPC_CREAT|0666);
union semun sem_val;
sem_val.val = value;
semctl(semid, 0, SETVAL, sem_val);
return semid;
}
void sem_p(int semid) //P操作
{
struct sembuf sem_p = {0, -1, SEM_UNDO};
semop(semid, &sem_p, 1);
}
void sem_v(int semid) //V操作
{
struct sembuf sem_v = {0, 1, SEM_UNDO};
semop(semid, &sem_v, 1);
}
void father() //爸爸进程
{
while(1)
{
//向盘中放置水果,随机放一个苹果或桔子
sem_p(empty); //P操作
sem_p(mutex); //P操作
int fruit = rand() % 2; //0表示放置苹果,1表示放置桔子
if(fruit == APPLE)
{
printf("爸爸向盘中放置了一个苹果\n");
sem_p(apple); //P操作
}
else if(fruit == ORANGE)
{
printf("爸爸向盘中放置了一个桔子\n");
sem_p(orange); //P操作
}
//释放互斥锁和空盘信号量,让其他进程进入关键区
sem_v(mutex); //V操作
sem_v(empty); //V操作
}
}
void son() //儿子进程
{
while(1)
{
//等待盘中放置桔子
sem_p(orange); //P操作
//进入关键区,读取桔子
sem_p(mutex); //P操作
printf("儿子拿到了一个桔子\n");
//释放互斥锁和空盘信号量,让其他进程进入关键区
sem_v(mutex); //V操作
sem_v(empty); //V操作
//吃桔子
sleep(1);
}
}
void daughter() //女儿进程
{
while(1)
{
//等待盘中放置苹果
sem_p(apple); //P操作
//进入关键区,读取苹果
sem_p(mutex); //P操作
printf("女儿拿到了一个苹果\n");
//释放互斥锁和空盘信号量,让其他进程进入关键区
sem_v(mutex); //V操作
sem_v(empty); //V操作
//吃苹果
sleep(1);
}
}
int main()
{
empty = sem_create(1);
mutex = sem_create(1);
apple = sem_create(0);
orange = sem_create(0);
pid_t pid_father = fork();
if(pid_father < 0)
{
printf("父进程fork()子进程失败\n");
exit(1);
}
else if(pid_father == 0)
{
father();
}
else
{
pid_t pid_son = fork();
if(pid_son < 0)
{
printf("父进程fork()子进程失败\n");
exit(1);
}
else if(pid_son == 0)
{
son();
}
else
{
pid_t pid_daughter = fork();
if(pid_daughter < 0)
{
printf("父进程fork()子进程失败\n");
exit(1);
}
else if(pid_daughter == 0)
{
daughter();
}
else
{
//等待父进程退出执行
wait(0);
}
}
}
return 0;
}
```
代码实现中,我们首先定义了四个信号量,分别表示空盘、互斥锁、苹果和桔子。然后使用`fork()`函数创建了父进程和三个子进程。父进程不做任何操作,只是等待子进程退出。父进程的操作和子进程不是并发的,所以我们可以先让父进程退出执行,不影响后续的程序执行。
在子进程中,我们使用`rand()`函数来随机放置苹果或桔子,然后使用不同的信号量来控制儿子或女儿的读取操作。读取操作需要进入一个关键区,所以在读取前进入互斥锁信号量的关键区,等到读取完成,再释放互斥锁和空盘信号量,让其他进程进入关键区。
最后,我们可以用`sleep()`函数来模拟吃水果的操作,以便更好地演示进程交替执行的效果。
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