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。

一售票厅只能容纳300人，当少于300人时，可以进入； 否则，需在外等候。若将每一个购票者作为一个进程，请用P、V操作编程，并写出信号量的初值。

在这种情况下，我们可以使用信号量来模拟排队系统的进出规则。假设我们有两个信号量：

1. ** semaphore full** (初始值为300)：这个信号量代表售票厅内的座位数，当有人进入（进程尝试获取票）时，执行P(full)操作。如果full大于0，则表示还有座位，减1并让进程进入；如果等于0，表示已满，需要在外面等待，进程执行V(empty)操作。

2. ** semaphore empty** (初始值为0)：这个信号量代表售票厅外正在等待的人数。当一个人离开（进程完成购票并退出）时，执行P(empty)操作，表示一个空位，然后执行V(full)操作，允许下一个进程进入。

以下是用P、V操作的基本伪代码描述：

semaphore full = 300;
semaphore empty = 0;

// 进入售票厅（购票）
if (full.value > 0):
    full.decrement();
    // 进行购票操作...
else:
    empty.increment(); // 等待队列中

// 出售完成后返回
empty.decrement();
full.increment();