Алгоритм спящего парикмахера (с несколькими парикмахерами)
на Проблема Спящего Парикмахера это классическая проблема синхронизации, с которой многие из вас могут быть знакомы или, по крайней мере, слышали.
это основано на предпосылке, что парикмахерская (поток) спит, когда нет клиентов (каждый клиент-это нить) в зале ожидания (который является семафор). Если есть кто-то, он стрижет волосы (символизируя некоторую обработку), и костюмер уходит. Если в приемной никого нет, цирюльник засыпает. Когда приходит другой клиент, он должен разбудить парикмахера.
Я сделал реализацию этого, используя следующую основную идею
(хотя фактический код находится в C
, Я написал следующее псевдо-код без особого внимания к синтаксису ради проблемы-занижение, только с помощью sem_wait
и sem_post
1 для плавное чтение)
Semaphore Customers = 0;
Semaphore Barber = 0;
Mutex accessSeats = 1;
int NumberOfFreeSeats = N;
Barber {
while(1) {
sem_wait(Customers); // waits for a customer (sleeps)
sem_wait(accessSeats); // mutex to protect the number of available seats
NumberOfFreeSeats++; // a chair gets free
sem_post(Barber); // bring customer for haircut
sem_post(accessSeats); // release the mutex on the chair
// barber is cutting hair
}
}
Customer {
while(1) {
sem_wait(accessSeats); // protects seats so only 1 thread tries to sit in a chair if that's the case
if(NumberOfFreeSeats > 0) {
NumberOfFreeSeats--; // sitting down
sem_post(Customers); // notify the barber
sem_post(accessSeats); // release the lock
sem_wait(Barber); // wait in the waiting room if barber is busy
// customer is having hair cut
} else {
sem_post(accessSeats); // release the lock
// customer leaves
}
}
}
однако, теперь, когда я реализую эту проблему с несколькими парикмахерами, моя голова застряла. Я пошел в Википедию, чтобы узнать, могу ли я найти что-то об этом, но единственное, что я нашел, было это
проблема нескольких спящих парикмахеров имеет дополнительную сложность координации нескольких парикмахеров среди ожидающих клиентов.
и я не мог понять это сам 2.
какие изменения я должен сделать в моем коде? Зачем мне здесь лишний семафор?
1sem_wait()
блокировки семафора. sem_post()
открывает
2отказ от ответственности: хотя я спросил это в программистов.клиент StackExchange
2 ответов
написанный код будет управлять любым количеством парикмахеров без каких-либо дополнительных семафоров. Просто запустите парикмахерскую {} нить для каждого парикмахера в магазине.
проблема, упомянутая в замечании Википедии, заключается в следующем: только потому, что у вас есть m парикмахеров в состоянии "парикмахер стрижет волосы" и M клиентов в состоянии "клиент стрижет волосы", нет никакой гарантии, что какой-то парикмахер не пытается обрезать более одного клиента или что у какого-то клиента нет нескольких парикмахеров в волосах.
другими словами, как только правильное количество клиентов было разрешено в разделочную комнату, как парикмахеры и клиенты спариваются? Вы больше не можете сказать: "парикмахер стрижет волосы" и "клиент стрижет волосы"; вы должны сказать: "парикмахер стрижет волосы клиента C" и "клиент стрижет волосы парикмахером B".
// Assumptions about the meaning of 'haircut':
// each thread has a unique PID
// each thread can get its own PID via system.info.PID
// a barber uses a customer's PID to cut that custmer's hair
// a customer uses a barber's PID to get his hair cut by that barber
// Assumptions about the operating environment:
// a semaphore releases threads in the order that they were queued
Semaphore Customers = 0;
Semaphore Barbers = 0;
Mutex AccessSeats = 1;
int NumberOfFreeSeats = N;
int SeatPocket[N]; // (or 'PID SeatPocket[N];' if PID is a data type)
int SitHereNext = 0;
int ServeMeNext = 0;
// main program must start a copy of this thread for each barber in the shop
Barber {
int mynext, C;
while(1) {
sem_wait(Barbers); // join queue of sleeping barbers
sem_wait(AccessSeats); // mutex to protect seat changes
ServeMeNext = (ServeMeNext++) mod N; // select next customer
mynext = ServeMeNext;
C = SeatPocket[mynext]; // get selected customer's PID
SeatPocket[mynext] = system.info.PID; // leave own PID for customer
sem_post(AccessSeats); // release the seat change mutex
sem_post(Customers); // wake up selected customer
//
// barber is cutting hair of customer 'C'
//
}
}
// main program must start a copy of this thread at random intervals
// to represent the arrival of a continual stream of customers
Customer {
int myseat, B;
sem_wait(AccessSeats); // mutex to protect seat changes
if(NumberOfFreeSeats > 0) {
NumberOfFreeSeats--; // sit down in one of the seats
SitHereNext = (SitHereNext++) mod N;
myseat = SitHereNext;
SeatPocket[myseat] = system.info.PID;
sem_post(AccessSeats); // release the seat change mutex
sem_post(Barbers); // wake up one barber
sem_wait(Customers); // join queue of sleeping customers
sem_wait(AccessSeats); // mutex to protect seat changes
B = SeatPocket[myseat]; // barber replaced my PID with his own
NumberOfFreeSeats++; // stand up
sem_post(AccessSeats); // release the seat change mutex
//
// customer is having hair cut by barber 'B'
//
} else {
sem_post(AccessSeats); // release the seat change mutex
// customer leaves without haircut
}
system.thread.exit; // (or signal main program to kill this thread)
}
этот код написан мной с небольшими изменениями из алгоритма, определенного Breveleri, который имитирует Несколько Спящий Парикмахер проблема довольно эффективно. Я написал его для симуляции для моего задания ОС. Я хотел бы получить от вас предложения. Я использую "объявления".h", " SleepingBarber.c " и "makefile" для лучшего кодирования структура.
декларации.h
#include <unistd.h> //Provides API for POSIX(or UNIX) OS for system calls
#include <stdio.h> //Standard I/O Routines
#include <stdlib.h> //For exit() and rand()
#include <pthread.h> //Threading APIs
#include <semaphore.h> //Semaphore APIs
#define MAX_CHAIRS 10 //No. of chairs in waiting room
#define CUT_TIME 1 //Hair Cutting Time 1 second
#define NUM_BARB 2 //No. of barbers
#define MAX_CUST 30 //Maximum no. of customers for simulation
sem_t customers; //Semaphore
sem_t barbers; //Semaphore
sem_t mutex; //Semaphore for providing mutially exclusive access
int numberOfFreeSeats = MAX_CHAIRS; //Counter for Vacant seats in waiting room
int seatPocket[MAX_CHAIRS]; //To exchange pid between customer and barber
int sitHereNext = 0; //Index for next legitimate seat
int serveMeNext = 0; //Index to choose a candidate for cutting hair
static int count = 0; //Counter of No. of customers
void barberThread(void *tmp); //Thread Function
void customerThread(void *tmp); //Thread Function
void wait(); //Randomized delay function
спящий Барбер.c
#include "declarations.h"
int main()
{
pthread_t barber[NUM_BARB],customer[MAX_CUST]; //Thread declaration
int i,status=0;
/*Semaphore initialization*/
sem_init(&customers,0,0);
sem_init(&barbers,0,0);
sem_init(&mutex,0,1);
/*Barber thread initialization*/
printf("!!Barber Shop Opens!!\n");
for(i=0;i<NUM_BARB;i++) //Creation of 2 Barber Threads
{
status=pthread_create(&barber[i],NULL,(void *)barberThread,(void*)&i);
sleep(1);
if(status!=0)
perror("No Barber Present... Sorry!!\n");
}
/*Customer thread initialization*/
for(i=0;i<MAX_CUST;i++) //Creation of Customer Threads
{
status=pthread_create(&customer[i],NULL,(void *)customerThread,(void*)&i);
wait(); //Create customers in random interval
if(status!=0)
perror("No Customers Yet!!!\n");
}
for(i=0;i<MAX_CUST;i++) //Waiting till all customers are dealt with
pthread_join(customer[i],NULL);
printf("!!Barber Shop Closes!!\n");
exit(EXIT_SUCCESS); //Exit abandoning infinite loop of barber thread
}
void customerThread(void *tmp) /*Customer Process*/
{
int mySeat, B;
sem_wait(&mutex); //Lock mutex to protect seat changes
count++; //Arrival of customer
printf("Customer-%d[Id:%d] Entered Shop. ",count,pthread_self());
if(numberOfFreeSeats > 0)
{
--numberOfFreeSeats; //Sit on chairs on waiting room
printf("Customer-%d Sits In Waiting Room.\n",count);
sitHereNext = (++sitHereNext) % MAX_CHAIRS; //Choose a vacant chair to sit
mySeat = sitHereNext;
seatPocket[mySeat] = count;
sem_post(&mutex); //Release the seat change mutex
sem_post(&barbers); //Wake up one barber
sem_wait(&customers); //Join queue of sleeping customers
sem_wait(&mutex); //Lock mutex to protect seat changes
B = seatPocket[mySeat]; //Barber replaces customer PID with his own PID
numberOfFreeSeats++; //Stand Up and Go to Barber Room
sem_post(&mutex); //Release the seat change mutex
/*Customer is having hair cut by barber 'B'*/
}
else
{
sem_post(&mutex); //Release the mutex and customer leaves without haircut
printf("Customer-%d Finds No Seat & Leaves.\n",count);
}
pthread_exit(0);
}
void barberThread(void *tmp) /*Barber Process*/
{
int index = *(int *)(tmp);
int myNext, C;
printf("Barber-%d[Id:%d] Joins Shop. ",index,pthread_self());
while(1) /*Infinite loop*/
{
printf("Barber-%d Gone To Sleep.\n",index);
sem_wait(&barbers); //Join queue of sleeping barbers
sem_wait(&mutex); //Lock mutex to protect seat changes
serveMeNext = (++serveMeNext) % MAX_CHAIRS; //Select next customer
myNext = serveMeNext;
C = seatPocket[myNext]; //Get selected customer's PID
seatPocket[myNext] = pthread_self(); //Leave own PID for customer
sem_post(&mutex);
sem_post(&customers); //Call selected customer
/*Barber is cutting hair of customer 'C'*/
printf("Barber-%d Wakes Up & Is Cutting Hair Of Customer-%d.\n",index,C);
sleep(CUT_TIME);
printf("Barber-%d Finishes. ",index);
}
}
void wait() /*Generates random number between 50000 to 250000*/
{
int x = rand() % (250000 - 50000 + 1) + 50000;
srand(time(NULL));
usleep(x); //usleep halts execution in specified miliseconds
}
make-файл
all: SleepingBarber
SleepingBarber: SleepingBarber.o
gcc -pthread -o SleepingBarber SleepingBarber.o
SleepingBarber.o: SleepingBarber.c declarations.h
gcc -c SleepingBarber.c
clean:
rm -f *.o SleepingBarber