老和尚和小和尚打水问题

老和尚和小和尚打水问题

问题描述

某寺庙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饮用。水缸可容水10桶，水取自同一口水井中。水井径窄，每次仅能容纳一只水桶取水，水桶共三只。每次放入、取出的水量仅为一桶，试用PV操作写出小和尚打水、放入水缸、老和尚取水喝的过程。

问题分析

明确行为对象：小和尚、老和尚

明确临界区：

水井：小和尚之间互斥

水缸：小和尚、大和尚之间互斥

水桶：小和尚、大和尚之间互斥

明确信号量：

1.n个小和尚到水井提水时互斥，用mutex1控制

2.小和尚将水放入水缸和老和尚取水互斥，用mutex2控制

3.临界区是空闲的水桶数量，老和尚和小和尚都要用，用amount控制

4.使用full来表示水缸里有几桶水，用empty来表示水缸里还能放几桶水

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);
		小和尚从井里打水；
		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);
		从缸里面取水使用；
		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
}

代码实现

#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满了，没满才能够打水,可以打水的容量-1，毕竟这位小和尚去打了
        littleMonkCount++;
        P(amount);      //想打水可还不行，还要看看有没有打水桶可以用，抢到了水桶就可以继续打水，可用水桶-1
        P(mutex1);      //小和尚拿着桶到了水井，如果没有其他的小和尚在打水，这位勤快的小和尚才能打水
        /** 小和尚在井边提水 **/
        printf("第%d个小和尚在水井提水
",littleMonkCount);
        /** 小和尚在井边提水 **/
        V(mutex1);      //小和尚打完水后释放资源，以便给下一个小和尚继续打水
        P(mutex2);      //小和尚回到水缸旁等待倒水，如果此时没有其他小和尚倒水和大和尚取水，这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个小和尚在水缸旁倒水
",fullcount,littleMonkCount);
        fullcount++;
        /** 小和尚在水缸旁提水 **/
        V(mutex2);      //小和尚倒完水后走开，以便给下一个和尚打水或提水
        V(amount);      //这位勤奋的小和尚完成了他的任务，放下了他的水桶，可用水桶+1
        littleMonkCount--;
        V(full);        //多亏了这位勤快的小和尚，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，就去找水桶准备打水，没有则在旁边等候，这时候相当于老和尚已经预定了这桶水
        BigMonkCount++;
        P(amount);      //大和尚看到有水了赶紧去抢水桶，抢不到又得等，抢到了接着急冲冲跑向水缸
        P(mutex2);      //跑到了水缸旁，看到有人有和尚在使用水缸则等待，没有和尚在使用则开始打水
        /** 大和尚在水缸旁提水 **/
        printf("    水缸已有%d桶水，第%d个大和尚在水缸旁提水
",fullcount,BigMonkCount);
        fullcount--;
        /** 大和尚在水缸旁提水 **/
        V(mutex2);      //大和尚提完水后离去，以便给下一个和尚使用水缸
        V(amount);      //不要忘了放水桶给下一个和尚用
        BigMonkCount--;
        V(empty);       //可以打水的数量+1
    }
}


int main()
{
    int i,j;
    /** 初始化资源个数 **/
    sem_init(mutex1, 0, 1);     //互斥锁默认为1
    sem_init(mutex2,0,1);       //互斥锁默认为1
    sem_init(amount,0,3);       //开始时有3个水桶供使用
    sem_init(full,0,0);         //开始时水缸里没有水，设置为0
    sem_init(empty,0,10);       //开始时水缸里最多能装10桶水，设置为10

    /** 创建多个大和尚进程 **/
    for(i=1;i<=4;i++){
        pthread_t i;
        pthread_create(&i, NULL,BigMonk, NULL);
    }

    /** 创建多个小和尚进程 **/
    for(j=1;j<=10;j++){
        pthread_t j;
        pthread_create(&j, NULL,LittleMonk, NULL);
    }
    
    /**观察结果后关闭进程**/
    getchar();
    pthread_exit(0);
    return 0;
}

运行结果