(20)一组生产者进程和一组消费者进程共享9个缓冲区，每个缓冲区可以存放一个整数。生产者进程每次一次性地向三个缓冲区中写入整数，消费者进程每次从缓冲区取出一个整数。请用：①信号量和PV操作；②管程，写出能够正确执行的程序。

使用信号量和PV操作的解决方案如下：

# 定义信号量
mutex = Semaphore(1)  # 二元信号量，用于互斥访问缓冲区
full = Semaphore(0)   # 用于表示缓冲区中已经有数据的数量
empty = Semaphore(9)  # 用于表示缓冲区中还可以存放的数量

# 定义缓冲区
buffer = [0] * 9

# 定义生产者进程
def producer():
    global buffer
    while True:
        # 生产者需要一次性向三个缓冲区中写入整数
        mutex.acquire()  # 互斥访问缓冲区
        empty.acquire(3)  # 缓冲区中至少有三个空闲位置
        for i in range(3):
            # 生产者生成一个整数并将其写入缓冲区
            buffer[(i * 3) % 9] = randint(1, 100)
        full.release(3)  # 缓冲区中新增了三个数据
        mutex.release()

# 定义消费者进程
def consumer():
    global buffer
    while True:
        # 消费者从缓冲区中取出一个整数
        full.acquire()  # 缓冲区中至少有一个数据
        mutex.acquire()  # 互斥访问缓冲区
        data = buffer.pop(0)
        print(f"Consumer {current_process().pid} consumed data {data}")
        empty.release()  # 缓冲区中新增了一个空闲位置
        mutex.release()

# 创建生产者进程和消费者进程
processes = []
for i in range(3):
    processes.append(Process(target=producer))
for i in range(6):
    processes.append(Process(target=consumer))

# 启动进程
for p in processes:
    p.start()

# 等待进程结束
for p in processes:
    p.join()

使用管程的解决方案如下：

# 定义缓冲区
buffer = [0] * 9

# 定义管程
class Monitor:
    def __init__(self):
        self.mutex = Condition(Lock())  # 用于互斥访问缓冲区
        self.full = Condition(Lock())   # 用于表示缓冲区中已经有数据的数量
        self.empty = Condition(Lock())  # 用于表示缓冲区中还可以存放的数量

    def produce(self):
        with self.mutex:
            while True:
                # 生产者需要一次性向三个缓冲区中写入整数
                self.mutex.acquire()  # 互斥访问缓冲区
                while len(self.empty) < 3:
                    self.empty.wait()
                for i in range(3):
                    # 生产者生成一个整数并将其写入缓冲区
                    buffer[(i * 3) % 9] = randint(1, 100)
                self.full.notify(3)  # 缓冲区中新增了三个数据
                self.mutex.release()

    def consume(self):
        with self.mutex:
            while True:
                # 消费者从缓冲区中取出一个整数
                self.mutex.acquire()  # 互斥访问缓冲区
                while len(self.full) == 0:
                    self.full.wait()
                data = buffer.pop(0)
                print(f"Consumer {current_process().pid} consumed data {data}")
                self.empty.notify()  # 缓冲区中新增了一个空闲位置
                self.mutex.release()

# 创建管程对象和进程
monitor = Monitor()
processes = []
for i in range(3):
    processes.append(Process(target=monitor.produce))
for i in range(6):
    processes.append(Process(target=monitor.consume))

# 启动进程
for p in processes:
    p.start()

# 等待进程结束
for p in processes:
    p.join()