银行柜员服务问题：P、V操作实现同步互斥

"银行柜员服务问题的进程间同步互斥问题" 在这个操作系统课程试验中，我们需要解决的是一个经典的进程同步问题——银行柜员服务问题。这个问题涉及到多线程编程和信号量机制，主要用于模拟银行柜员与顾客之间的交互。以下是详细的分析和实现要点： 1. **问题描述**： - 银行有多个柜员，每个柜员负责服务一个顾客。 - 顾客进入银行后取一个号码，然后等待被叫号。 - 当柜员完成一个顾客的服务后，会叫下一个号码。 - 必须确保号码的唯一性，不能有重复或多个柜员同时叫同一个号码。 - 只有在有顾客等待时，柜员才能叫号；反之，如果所有柜员都忙碌，新进的顾客需要等待。 - 如果没有顾客，柜员也需要等待，直到有新的顾客到来。 2. **实现要求**： - 使用信号量（P、V操作）来实现同步，确保互斥访问关键资源。 - 顾客信号量用于控制顾客的行动，柜员信号量用于控制柜员的行动。 - 为了防止数据竞争，所有数据结构（如顾客队列、柜员状态等）在访问时需要加锁。 3. **数据结构与线程模型**： - 定义顾客和柜员的结构体，每个顾客和柜员对应一个线程。 - 顾客线程在服务完成后结束，柜员线程持续运行直至所有顾客服务完毕。 - 使用队列来存储等待服务的顾客。 - 使用互斥锁（pthread mutex）保护队列和输出流，防止并发访问引发的问题。 4. **算法设计**： - 顾客线程：顾客到达后，获取互斥锁，将自己加入等待队列，释放锁，然后等待柜员信号量（P操作），被叫号后开始服务，服务完后结束线程。 - 柜员线程：柜员等待顾客信号量（P操作），表示有顾客可服务，获取互斥锁，从队列中取出一个顾客，释放锁，服务顾客，完成后叫下一个号（V操作）。 5. **测试与输出**： - 测试数据文件包含顾客的序号、进入银行时间和服务时间。 - 输出结果应显示每个顾客的进入时间、开始服务时间、离开银行时间和服务柜员号。 在这个问题中，C/C++编程语言被用来实现这个模型，利用了C++11的一些特性。操作系统环境是Ubuntu 18.04.5 LTS，基于GNU/Linux 4.15.0-142-generic x86_64。通过正确地应用信号量和互斥锁，可以有效地解决进程间的同步和互斥问题，确保银行柜员服务过程的正确性和效率。