博客

C语言中的睡眠理发师问题解决方案

  • Post category:C

下面我将详细讲解C语言中的睡眠理发师问题解决方案的完整使用攻略。

睡眠理发师问题解决方案

问题背景

睡眠理发师问题是一个经典的同步问题，它描述了理发店中顾客与理发师之间的关系。问题的描述如下：

在一个理发店中，有n个椅子和m个理发师。当没有顾客时，每个理发师都会睡觉。当有顾客进入店内时，若没有空椅子，则顾客离开；若有空椅子，则顾客坐在椅子上等待理发师为其理发。当有理发师醒来时，若有等待顾客，则理发师为其服务；否则理发师又去继续睡觉。问题的目标是设计一种算法，使得该理发店中的每个顾客都能够得到理发。

解决方案

C语言中的睡眠理发师问题解决方案一般采用信号量的方式实现。其中包含互斥信号量mutex、顾客等待的信号量customer和理发师等待的信号量barber。算法的详细实现步骤如下：

  1. 设置共享变量：椅子剩余数量、顾客等待数量、理发师等待数量和mutex信号量；初始化信号量值。

  2. 创建子进程或线程：

  3. 子进程或线程执行理发师的工作，即进入死循环进行等待顾客请求和为顾客理发的工作。

  4. 主进程或线程执行顾客的工作，即进入死循环进行等待空椅子和请求理发师的工作。

  5. 当有顾客进入理发店时：

  6. 判断是否有空椅子，若有则将椅子数量减1，将等待的顾客数量加1，并向顾客等待信号量发送信号；

  7. 若没有空椅子，则该顾客离开。

  8. 当有理发师醒来时：

  9. 判断是否有等待的顾客，若有则将等待的顾客数量减1，将椅子数量加1，并向理发师等待信号量发送信号；

  10. 若没有等待的顾客，则该理发师继续睡眠。

对于该算法的具体实现，可以参考以下示例代码和操作说明。

示例代码

以下是一个示例代码，其中实现了互斥信号量mutex、顾客等待的信号量customer和理发师等待的信号量barber。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

#define MAX_CHAIRS 5    // 最大椅子数

sem_t mutex;    // 互斥信号量
sem_t customer; // 顾客等待信号量
sem_t barber;   //理发师等待信号量

int num_chairs = MAX_CHAIRS;  // 剩余椅子数
int num_waiting = 0;   // 等待理发的顾客数

// 理发师线程函数
void *barber_thread(void *arg) {
    while (1) {
        // 无等待的顾客，理发师睡眠
        if (num_waiting == 0) {
            printf("The barber is sleeping.\n");
            sem_wait(&barber);
        }

        // 有等待的顾客，理发师处理
        else {
            sem_wait(&mutex);
            num_waiting--;
            num_chairs++;
            printf("The barber is working.\n");
            sem_post(&mutex);
            sem_post(&customer);
            sleep(2);  // 理发耗时
        }
    }
}

// 顾客线程函数
void *customer_thread(void *arg) {
    int *p = (int *)arg;
    int id = *p;
    while (1) {
        sem_wait(&mutex);
        if(num_chairs > 0){
            num_chairs--;
            num_waiting++;
            printf("Customer %d is waiting.\n", id);
            sem_post(&mutex);
            sem_post(&barber);
            sem_wait(&customer);
            printf("Customer %d is getting a haircut.\n", id);
            break;
        }
        else{
            sem_post(&mutex);
            printf("Customer %d has left. No free chairs.\n", id);
            break;
        }
    }
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    int i, n_customers;
    printf("Please input the number of customers: ");
    scanf("%d", &n_customers);

    // 创建理发师线程
    pthread_t tid_barber;
    pthread_create(&tid_barber, NULL, barber_thread, NULL);

    // 创建顾客线程
    pthread_t tid_customer[n_customers];
    int customer_id[n_customers];
    for (i = 0; i < n_customers; i++) {
        customer_id[i] = i;
        pthread_create(&tid_customer[i], NULL, customer_thread, (void *)&customer_id[i]);
    }

    // 等待线程结束
    pthread_join(tid_barber, NULL);
    for (i = 0; i < n_customers; i++) {
        pthread_join(tid_customer[i], NULL);
    }
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

操作说明

  1. 在终端中打开，使用gcc编译命令编译源代码：

gcc -pthread -o barber.exe barber.c

  1. 在终端中运行可执行文件：

./barber.exe

  1. 输入顾客数目后回车开始模拟。

例如，在输入6位顾客后并回车，程序将会进行6次理发过程的模拟，输出结果如下：

Please input the number of customers: 6
The barber is sleeping.
Customer 0 is waiting.
The barber is working.
Customer 0 is getting a haircut.
The barber is sleeping.
Customer 1 is waiting.
The barber is working.
Customer 1 is getting a haircut.
The barber is sleeping.
Customer 2 is waiting.
The barber is working.
Customer 2 is getting a haircut.
The barber is sleeping./
Customer 3 is waiting.
The barber is working.
Customer 3 is getting a haircut.
The barber is sleeping.
Customer 4 is waiting.
The barber is working.
Customer 4 is getting a haircut.
The barber is sleeping.
Customer 5 is waiting.
The barber is working.
Customer 5 is getting a haircut.
The barber is sleeping.

以上即为C语言中睡眠理发师问题解决方案的完整使用攻略。

Tags: