4．设有一个售票大厅，可容纳200人购票。如果厅内不足200人则允许进入，超过则在厅外等候；售票员某时只能给一个购票者服务，购票者买完票后就离开。试问： （1）购票者之间是同步关系还是互斥关系？ 答：互斥关系。 （2）用P、V操作描述购票者的工作过程。

购票者的工作过程可以用信号量（Semaphore）的P、V操作进行描述。假设有一个名为ticket_mutex的信号量，初始值为200，表示购票大厅最多容纳200人。购票者进入大厅时，需要执行P操作，表示申请ticket_mutex信号量，如果此时信号量的值不为0，则购票者可以进入大厅购票，信号量的值减1；否则，购票者需要等待，直到有人购票离开，释放了信号量，才能进入大厅。购票者购票离开大厅后，需要执行V操作，表示释放ticket_mutex信号量，使得信号量的值加1，此时其他购票者可以进入大厅购票。

相关问题

设有一个售票大厅，可容纳200人购票。如果厅内不足200人，则允许进入，超过则在厅外等候；售票员某时只能给一个购票者服务，购票者买完票后就离开。试写出利用信号量机制实现参观者进程的同步算法。

我们可以使用两个信号量来实现这个同步算法，一个用于表示售票大厅内的人数，另一个用于表示厅外等待的人数。具体实现如下：

from threading import Semaphore, Thread

MAX_CAPACITY = 200  # 售票大厅最大容量
visitors_inside = Semaphore(0)  # 售票大厅内的人数
visitors_outside = Semaphore(MAX_CAPACITY)  # 厅外等候的人数


def buy_ticket(visitor_id):
    visitors_outside.acquire()  # 等待厅内有空位
    print(f"Visitor {visitor_id} enters the hall.")
    visitors_inside.release()  # 增加售票大厅内人数
    print(f"Visitor {visitor_id} buys a ticket.")
    visitors_inside.acquire()  # 等待售票员服务
    print(f"Visitor {visitor_id} leaves the hall.")
    visitors_inside.release()  # 离开售票大厅
    visitors_outside.release()  # 厅外等候的人数减1


for i in range(300):
    Thread(target=buy_ticket, args=(i,)).start()  # 创建300个参观者进程

在这个实现中，售票大厅内的人数初始为0，表示没有人在大厅内。厅外等候的人数初始为最大容量200，表示有200个人可以进入售票大厅。每个参观者进程先尝试获取厅外等候的人数的信号量，如果有空位则可以进入售票大厅，同时售票大厅内的人数增加1。参观者进入售票大厅后，尝试获取售票员服务的信号量，等待售票员为其服务。售票员为其服务后，售票大厅内的人数减少1，参观者离开售票大厅。最后，厅外等候的人数减1，表示有一个人已经购票并离开售票大厅。

4.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，可以定义两个信号量：mutex和tickets。

- mutex：初始值为1，表示售票厅的互斥信号量。当一个购票者进入售票厅时，需要先获取mutex信号量的许可，进入售票厅进行购票，购票完成后再释放mutex信号量的许可，以便其他购票者进入售票厅。
- tickets：初始值为20，表示售票厅的剩余票数。当一个购票者进入售票厅时，需要判断剩余票数是否大于0，如果大于0，则剩余票数减1，购票成功；如果等于0，则需要等待其他购票者购买完成后再进入售票厅。

(2) 根据所定义的信号量，可以写出以下代码来并发执行购票进程：

// 定义信号量
Semaphore mutex = new Semaphore(1); // 互斥信号量
Semaphore tickets = new Semaphore(20); // 剩余票数

// 购票进程
public void purchaseTicket() {
    while (true) {
        // 等待剩余票数信号量的许可
        tickets.acquire();
        
        // 等待互斥信号量的许可
        mutex.acquire();
        
        // 在售票厅内进行购票操作
        System.out.println("进入售票厅购票");
        
        // 释放互斥信号量的许可
        mutex.release();
        
        // 购票完成，释放剩余票数信号量的许可
        tickets.release();
        
        // 离开售票厅
        System.out.println("离开售票厅");
    }
}

该代码中，当购票者进入售票厅时，需要先获取剩余票数信号量的许可，判断当前是否有票可以购买。如果有票，则获取互斥信号量的许可，进入售票厅进行购票操作，购票完成后释放互斥信号量的许可和剩余票数信号量的许可，以便其他购票者进入售票厅。如果没有票