门|门 CS 1999 |问题 19

这道题是一道经典的计算机科学问题，也被称为“无名管道问题”，通常应用于进程间的通信和同步问题。它的目的是帮助我们更好地理解进程间的互通性。

问题描述

在本问题中，门是一种引用计数对象的机制，它被用来在进程间同步和通信。门的使用场景通常是这样的：

1. 一个进程创建一个门，并将其用作一个全局对象。

2. 其它进程引用该门，这会增加引用计数，并给该进程允许访问该门的权限。

3. 进程可以通过门进行通信和同步操作。

4. 当某个进程不再需要该门，它会释放该门，这会减少引用计数，最终门被销毁。

在这个问题中，我们需要实现一种简化的门机制，我们只需要实现两种操作：open_door和close_door。

open_door操作将创建一个新的门，并返回一个门的ID（整数）。如果该门已存在，则返回现有的门的ID。

close_door操作将减少指定门的引用计数。当引用计数归零时，门将被销毁。

解决方案

本问题是一种非常经典的计算机科学问题，解决方案涵盖了大量的进程同步和通信的理论。

一种常见的方法是使用互斥锁（mutex）和条件变量（condition variable）来实现门对象。可以通过使用互斥锁来保证只有一个进程可以操作门对象，而条件变量则被用来唤醒正在等待门的进程，以进行通信和同步操作。

#include <pthread.h>

struct door {
    pthread_mutex_t mutex;
    pthread_cond_t cond;
    int refcount;
};

int open_door(struct door **doorp) {
    struct door *door = malloc(sizeof(*door));
    if (!door)
        return -1;

    memset(door, 0, sizeof(*door));
    
    // Init mutex and cond variables
    pthread_mutex_init(&door->mutex, NULL);
    pthread_cond_init(&door->cond, NULL);

    // Increase ref count
    door->refcount++;

    *doorp = door;
    return 0;
}

void close_door(struct door *door) {
    pthread_mutex_lock(&door->mutex);
    door->refcount--;
    if (door->refcount == 0) {
        pthread_mutex_unlock(&door->mutex);
        pthread_cond_destroy(&door->cond);
        pthread_mutex_destroy(&door->mutex);
        free(door);
        return;
    } 
    pthread_mutex_unlock(&door->mutex);
}

总结

本问题涉及到了进程同步和通信等各种基本概念，考察了程序员解决实际问题的能力。对于掌握了进程同步和通信理论的程序员而言，这道问题不会太难，但是需要耐心细心地编写代码。最终的实现方案可能因操作系统和处理器架构等不同而有所差别，对于问题的解决方案，我们可以根据实际需求来调整和改进。