第五章 稍欠经典的同步问题

 

5.4 希尔泽(Hilzer)的理发店问题

William Stallings [11]提出了一个更为复杂的理发店问题，他将其归功于加州州立大学奇科分校的Ralph Hilzer。

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我们的理发店有三把椅子，三个理发师和一个等候区，沙发上可以容纳四个顾客，并为其他顾客提供站立空间。 消防规范将店内的客户总数限制为20个。

如果理发店已满员，则新的顾客不会进入商店。顾客进入后，可以坐在沙发上，如果沙发已经坐满，他就站着。当理发师忙完后，他就服务沙发上等待时间最长的顾客，如果有顾客是站着的，那么站立时间最长的顾客就坐在沙发上。 当顾客理完发后，任何理发师都可以接受付款，但因为只有一个收银机，所以一次只能接受一个客户的付款。 理发师将时间分配在：剪头发、接受付款、在椅子上睡觉等待顾客。

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换句话说，以下同步约束适用：

•顾客按顺序调用以下函数：enterShop，sitOnSofa，getHairCut，pay。
•理发师调用cutHair和acceptPayment。
•如果商店已满员，顾客不能调用enterShop。
•如果沙发已满，抵达的顾客不能调用sitOnSofa。
•当顾客调用getHairCut时，应该有一个相应的理发师同时执行cutHair，反之亦然。
•最多可以有三个顾客同时执行getHairCut，最多可以有三个理发师同时执行cutHair。
•顾客必须在理发师接受付款之前付款。
•理发师必须在客户退出之前接受付款。

思考：编写强制执行Hilzer理发店同步约束的代码。

 

5.4.1 希尔泽理发店问题提示

以下是我在解决方案中使用的变量：

 

互斥锁mutex保护customers和queue1，customers跟踪商店中的客户数量，queue1是等待沙发座位的线程的信号量列表。

mutex2保护queue2，这是等待椅子的线程的信号量列表。

sofa是复用的，可以强制限制坐在沙发上顾客的最大数量。

customer1表示queue1中有顾客，customer2表示queue2中有顾客。

payment是表示客户已付款的信号，receipt是表示理发师已接受付款的信号。

 

5.4.2 希尔泽理发店问题方案

这个解决方案比我预期的要复杂得多。 我不知道希尔泽是否有更简单的想法，但这是我能做的最好的。

第一段与前一个解决方案相同。 当顾客到达时，它会检查计数器并将其自行调整或添加到队列中。 然后它发出理发师的信号。

当顾客离开队列时，它进入多路复用，坐在沙发上并将自己添加到第二个队列。

当它离开那个队列时，它会理发，支付，然后退出。

 

每个理发师等待顾客进入，给顾客的信号量发信号，使其脱离排队，然后等待它在沙发上申请座位。 这强制执行FIFO要求。

理发师等待客户加入第二个队列，然后发出信号，允许顾客申请坐上理发椅。

每个理发师都允许一位顾客坐到理发椅上，因此最多可以有三个顾客同时理发。 因为只有一个收银机，所以顾客必须得到互斥锁。 顾客和理发师在收银台会合，然后退出。

该解决方案满足同步约束，但它使沙发未得到充分利用。 因为只有三个理发师，沙发上的顾客永远不会超过三个，所以多路复用是不必要的。

此解决方案位于sync_code / barber3.py（参见3.2）。

我能想到解决这个问题的唯一方法是创建第三种线程，我可以是引座员。 引座员管理queue1，理发师管理queue2。 如果有4个引座员和3个理发师，沙发可以充分利用。

此解决方案位于sync_code / barber4.py中（参见3.2）。