老和尚和小和尚打水問題
問題描述
某寺廟有小和尚和老和尚若干，水缸一只，由小和尚提水入缸供老和尚飲用。水缸可容水10桶，水取自同一口水井中。水井徑窄，每次僅能容納一只水桶取水，水桶共三只。每次放入、取出的水量僅為一桶，試用PV操作寫出小和尚打水、放入水缸、老和尚取水喝的過程。
問題分析
明確行為對象：小和尚、老和尚
明確臨界區：
水井：小和尚之間互斥
水缸：小和尚、大和尚之間互斥
水桶：小和尚、大和尚之間互斥
明確信號量：
1.n個小和尚到水井提水時互斥，用mutex1控制
2.小和尚將水放入水缸和老和尚取水互斥，用mutex2控制
3.臨界區是空閑的水桶數量，老和尚和小和尚都要用，用amount控制
4.使用full來表示水缸里有幾桶水，用empty來表示水缸里還能放幾桶水
算法描述
semaphore mutex1=1,mutex2=1;
semaphore amount=5,empty=30,full=0;
void LittleMonk i(i=1,2,3,,,n) ()
{
while(TRUE)
{
P(empty);
p(amount);
P(mutex1);
小和尚從井里打水；
V(mutex1);
P(mutex2);
往缸里面倒水；
V(mutex2);
V(amount);
V(full);
}
}
void BigMonk i(i=1,2,3,,,n) ()
{
while(TRUE)
{
P(full);
P(amount);
P(mutex2);
從缸里面取水使用；
V(mutex2);
V(amount);
V(empty);
}
}
void mian()
{
cobegin
young monk i(i=1,2,3,,,n) ();
old monk i(i=1,2,3,,,n) ();
coend
}
代碼實現
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#define P sem_wait
#define V sem_post
#define mutex1 &muteX1
#define mutex2 &muteX2
#define amount &Amount
#define empty &Empty
#define full &Full
#define N 10
sem_t muteX1,muteX2;
sem_t Amount,Empty,Full;
int littleMonkCount= 0;
int BigMonkCount = 0;
int fullcount = 0;
int sum=50;
void* LittleMonk(void *p)
{
while(sum)
{
sum--;
P(empty); //小和尚打水先要看看水缸里是否滿了，沒滿才能夠打水,可以打水的容量-1，畢竟這位小和尚去打了
littleMonkCount++;
P(amount); //想打水可還不行，還要看看有沒有打水桶可以用，搶到了水桶就可以繼續打水，可用水桶-1
P(mutex1); //小和尚拿着桶到了水井，如果沒有其他的小和尚在打水，這位勤快的小和尚才能打水
/** 小和尚在井邊提水 **/
printf("第%d個小和尚在水井提水\n",littleMonkCount);
/** 小和尚在井邊提水 **/
V(mutex1); //小和尚打完水后釋放資源，以便給下一個小和尚繼續打水
P(mutex2); //小和尚回到水缸旁等待倒水，如果此時沒有其他小和尚倒水和大和尚取水，這位勤快的小和尚即可倒水
/** 小和尚在水缸旁提水 **/
printf("水缸已有%d桶水，第%d個小和尚在水缸旁倒水\n",fullcount,littleMonkCount);
fullcount++;
/** 小和尚在水缸旁提水 **/
V(mutex2); //小和尚倒完水后走開，以便給下一個和尚打水或提水
V(amount); //這位勤奮的小和尚完成了他的任務，放下了他的水桶，可用水桶+1
littleMonkCount--;
V(full); //多虧了這位勤快的小和尚，水缸里又多了一桶水
}
}
void* BigMonk(void *p)
{
int myFull;
while(sum)
{
sum--;
P(full); //大和尚瞧了瞧水缸里，如果有水，就去找水桶准備打水，沒有則在旁邊等候，這時候相當於老和尚已經預定了這桶水
BigMonkCount++;
P(amount); //大和尚看到有水了趕緊去搶水桶，搶不到又得等，搶到了接着急沖沖跑向水缸
P(mutex2); //跑到了水缸旁，看到有人有和尚在使用水缸則等待，沒有和尚在使用則開始打水
/** 大和尚在水缸旁提水 **/
printf(" 水缸已有%d桶水，第%d個大和尚在水缸旁提水\n",fullcount,BigMonkCount);
fullcount--;
/** 大和尚在水缸旁提水 **/
V(mutex2); //大和尚提完水后離去，以便給下一個和尚使用水缸
V(amount); //不要忘了放水桶給下一個和尚用
BigMonkCount--;
V(empty); //可以打水的數量+1
}
}
int main()
{
int i,j;
/** 初始化資源個數 **/
sem_init(mutex1, 0, 1); //互斥鎖默認為1
sem_init(mutex2,0,1); //互斥鎖默認為1
sem_init(amount,0,3); //開始時有3個水桶供使用
sem_init(full,0,0); //開始時水缸里沒有水，設置為0
sem_init(empty,0,10); //開始時水缸里最多能裝10桶水，設置為10
/** 創建多個大和尚進程 **/
for(i=1;i<=4;i++){
pthread_t i;
pthread_create(&i, NULL,BigMonk, NULL);
}
/** 創建多個小和尚進程 **/
for(j=1;j<=10;j++){
pthread_t j;
pthread_create(&j, NULL,LittleMonk, NULL);
}
/**觀察結果后關閉進程**/
getchar();
pthread_exit(0);
return 0;
}
運行結果
