使用信号量解决理发店问题

"这篇代码示例是用C++实现的信号量解决理发师问题，它涉及到操作系统中的同步问题。理发师问题是经典的并发控制问题之一，通过结构型信号量来协调理发师、顾客和服务员之间的交互。" 在操作系统中，理发师问题是一个经典的多线程同步问题，通常用于演示如何使用同步机制解决并发控制问题。在这个问题中，有一个理发师、一定数量的顾客和一个等待区。理发师可以为顾客理发，当理发师忙碌时，顾客可以在等待区排队。如果理发师空闲，他会从队列中选择一个顾客进行服务。当理发师自己需要理发时，他也需要成为顾客，进入等待队列。 在这个C++实现中，使用了结构型信号量（Semaphore）来管理理发师与顾客之间的交互。信号量是一种同步原语，可以用于控制对共享资源的访问。在这个问题中，至少需要两个信号量：一个是表示理发师是否忙碌的信号量，另一个是表示等待区中顾客数量的信号量。 代码中定义了一个名为`Queue`的队列类，用于存储等待理发的顾客。这个队列类包含插入（push）、删除（pop）以及获取当前队列长度（size）等方法，以模拟顾客的排队和被服务过程。 `#define random(rand()*1000)/RAND_MAX` 是一个简化的随机数生成器，用来模拟顾客到达的随机性。`QUEUESIZE`定义了队列的最大容量，`TimePreMan`表示每个顾客平均等待时间，`WORKTIMELIMIT`表示理发师每次理发的最长时间。 在实际的程序中，会创建多个线程分别代表理发师、顾客和服务员。理发师线程会检查信号量，如果理发师空闲并且有顾客等待，他会开始工作；如果没有顾客，他会去理发。顾客线程会随机生成到达时间，然后加入等待队列。服务员线程则负责将完成理发的顾客从队列中移除，让下一个顾客就位。 通过这种方式，信号量有效地控制了并发访问，确保了理发师不会在没有顾客时工作，也不会在自己需要理发时接受新的顾客。同时，它也确保了顾客的顺序性和等待区的正确管理。 在编写这样的并发程序时，需要注意的是死锁和饥饿等问题。死锁发生在两个或更多线程相互等待对方释放资源而无法继续执行的情况。饥饿则指某个线程虽然有权利获得资源，但由于其他线程一直占用，导致该线程无法获得资源而无法运行。在理发师问题中，通过合理设计信号量的使用和线程间的同步，可以避免这些问题的发生。 这个代码示例提供了一个基于信号量解决理发师问题的模型，展示了如何利用同步机制在多线程环境中协调并发操作。这对于理解和应用操作系统中的同步原语具有重要的教学价值。