西交大操作系统习题解析：进程同步互斥与理发店问题

"该资源是关于西交大操作系统课程的习题集，主要涉及进程同步与互斥、进程调度和进程死锁等核心概念。其中，重点讨论了使用P、V操作实现进程间的同步和互斥，以及解决饥饿问题的方法，并通过理发店问题来具体阐述这些概念的应用。" 操作系统是计算机系统中的核心软件，负责管理和控制系统的硬件及软件资源，为用户提供服务。在本习题中，我们重点关注了以下几个知识点： 1. **进程同步与互斥**：在多进程环境中，为了确保数据的一致性和完整性，需要实现进程间的同步（协调多个进程执行的顺序）和互斥（确保同一时间只有一个进程访问共享资源）。P、V操作（也称为信号量机制）是由荷兰计算机科学家Dijkstra提出的用于实现这一目标的工具。 2. **P、V操作的问题**：题目中提到的P、V操作可能存在饥饿问题，即当资源需求超过资源数量时，某些进程可能永久等待，无法获得资源。解决这个问题的方法是确保等待队列中始终只有一个进程等待，这样可以避免无限期阻塞。 3. **N个进程竞争资源的互斥实现**：使用一个信号量数组S[n-1]，每个进程在进入临界区之前，从后往前依次执行P操作，离开临界区时从前向后执行V操作。这样可以确保所有进程按顺序进入临界区，避免并发冲突。 4. **理发店问题**：这是一个经典的同步问题，模拟了理发师与顾客之间的交互。通过设置三个信号量mutex（用于控制理发师和顾客的访问）、customers（表示等待理发的顾客数量）和barbers（表示当前正在理发的顾客数量）。顾客到达时先执行P(customers)，表示顾客等待或离开；理发师在理发时执行P(mutex)和P(barbers)，并在完成理发后执行V(barbers)和V(mutex)，以释放资源并唤醒其他等待的顾客。 5. **协程并发执行**：使用cobegin和coend结构表示并发执行的多个进程（如理发师和多个顾客）。每个过程（如barber和customer）定义为独立的子程序，通过P、V操作来同步其执行。 通过这些习题，学生可以深入理解操作系统中进程同步和互斥的基本原理，并掌握如何运用P、V操作解决实际问题，这对于理解和设计高效、安全的操作系统至关重要。