操作系统pv操作如何设计该问题

Question

一家诊所，3个中医，3个就诊椅，10个等候椅，如果没有人就诊中医休息，如果有人就诊人满时等待，如果没有等待位置了患者就离开，请用PV操作设计并阐述问题的解决算法。

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

在设计这个系统时，我们可以使用信号量（Semaphore）来控制资源的访问。信号量是一个整型变量，用于实现进程间的同步与互斥。在这个场景中，我们需要三个信号量：一个表示就诊椅的数量（chair），一个表示等待椅的数量（wait_chair），还有一个表示正在接受治疗的病人数量（patient）。

首先，我们定义三个信号量：

import threading

chair = threading.Semaphore(3)  # 就诊椅信号量
wait_chair = threading.Semaphore(7)  # 等待椅信号量
patient = threading.Semaphore(0)  # 正在接受治疗的病人信号量

接下来，我们为每个中医创建一个线程，他们会不断地检查是否有空闲的就诊椅，并且在有空闲椅子时进行工作。

def doctor_work():
    while True:
        chair.acquire()  # 获取就诊椅
        patient.release()  # 发布一个病人信号量，表示开始治疗

        # 模拟治疗过程
        time.sleep(5)

        chair.release()  # 释放就诊椅，表示治疗结束

threads = []
for _ in range(3):
    t = threading.Thread(target=doctor_work)
    threads.append(t)
    t.start()

对于病人，我们可以创建一个无限循环，每次进入诊所时尝试获取等待椅，然后等待被叫号。

def patient_arrive():
    while True:
        wait_chair.acquire()  # 获取等待椅

        if wait_chair.value() + patient.value() < 10:  # 如果还有就诊椅
            chair.acquire()  # 获取就诊椅
            patient.release()  # 发布一个病人信号量，表示开始治疗

            # 模拟治疗过程
            time.sleep(5)

            chair.release()  # 释放就诊椅，表示治疗结束
        else:
            print("没有足够的等待位置，患者离开")
            wait_chair.release()  # 释放等待椅，因为患者离开了

t_patient = threading.Thread(target=patient_arrive)
t_patient.start()

这个简单的模型展示了如何使用PV操作（P操作是semaphore acquire，V操作是semaphore release）来协调中医和病人的行为。当有空闲的就诊椅时，中医可以获取就诊椅并开始治疗，同时释放一个病人信号量。病人则尝试获取等待椅，如果等待椅足够并且有就诊椅，病人可以获得就诊椅并开始治疗，否则病人将离开。

请注意，这只是一个基础示例，实际应用可能需要考虑更多的并发控制、错误处理以及更复杂的逻辑。