GATE-CS-2014-(Set-1)题解：第40章

这道题目是GATE计算机科学的2014年（Set-1）的一道题目，主要考察了操作系统中的进程同步和互斥。

题目描述

有两个进程，A和B，共享一个计数器变量X，初始值为0。进程A每次增加X的值，进程B每次减小X的值。当X的值等于9时，A和B都将进入等待状态。当X的值不等于9时，A唤醒B，B唤醒A。请写出相应的同步和互斥代码段。

解题思路

对于进程A和B对X的操作，可以使用信号量来进行同步和互斥。同时，由于需要判断X的值是否为9，需要一个条件变量来进行进程等待和唤醒。

具体地，可以使用3个信号量S, mutex, 和 turn来实现进程间同步与互斥：

1. S初始值为0，用于A进程的等待
2. mutex用于进程A、B对共享变量X的访问
3. turn用于在A、B之间轮流执行，初始值可以是0或1

条件变量c用于进程之间的唤醒操作：

1. 当X的值为9时，需要进程A等待，执行wait操作：P(S)
2. 当X的值不为9时，需要唤醒等待的进程，执行signal操作：V(S)

mutex信号量用于进程A和B对共享变量X的互斥：

1. 当进程A对X进行操作时，需要对mutex执行P操作，即P(mutex)
2. 当进程B对X进行操作时，也需要对mutex执行P操作
3. 当进程A或B完成对X的操作后，需要释放mutex，执行V操作

turn信号量用于控制进程A和B之间的轮流执行：

1. 当进程A完成对X的操作后，需要执行P(turn)，使得B开始执行
2. 当进程B完成对X的操作后，也需要执行P(turn)，使得A开始执行
3. 当进程A或B完成对X的操作后，需要释放turn，执行V操作

根据上述思路，可以写出如下的同步和互斥代码段：

// 定义3个信号量和1个条件变量
Semaphore S = 0, mutex = 1, turn = 0;
Condition c;

// 创建进程A和B
process A()
{
    while (true) {
        // 获取mutex信号量
        P(mutex);

        // 对共享变量X进行操作
        X = X + 1;

        // 如果X的值为9，则需要等待
        if (X == 9) {
            // 释放mutex信号量
            V(mutex);

            // 进程A进入等待状态
            P(S);

            // 当被唤醒时，重新获取mutex信号量
            P(mutex);
        }

        // 释放mutex信号量
        V(mutex);

        // 唤醒进程B
        V(c);
        
        // 等待进程B完成对X的操作
        P(turn);
    }
}

process B() 
{
    while (true) {
        // 获取mutex信号量
        P(mutex);

        // 对共享变量X进行操作
        X = X - 1;

        // 如果X的值为9，则需要等待
        if (X == 9) {
            // 释放mutex信号量
            V(mutex);

            // 进程B进入等待状态
            P(S);

            // 当被唤醒时，重新获取mutex信号量
            P(mutex);
        }

        // 释放mutex信号量
        V(mutex);

        // 唤醒进程A
        V(c);
        
        // 等待进程A完成对X的操作
        P(turn);
    }
}

总结

本题考察了操作系统中的进程同步和互斥，需要使用信号量和条件变量来实现进程之间的同步和互斥。需要注意的是，进程A和B的操作应该互斥，而进程A和B之间的执行应该是轮流的。代码实现需要细心，保证程序的正确性。