银行柜员服务问题:P、V操作实现同步互斥
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更新于2024-08-05
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"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。
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