UGC NET CS 2016 年 8 月 – II | 问题 50

这是一道UGC NET CS 2016 年 8 月 – II考试的问题。对程序员来说，这是一道很有意义的问题，因为它涉及到计算机科学领域中的一些重要概念和技术。

问题描述

以下是考试问题的描述。

有一个操作系统，其中3个进程P1、P2和P3共享以下变量：

int x = 0;

在进程P1中，这个变量的值递增1；在进程P2中，它的值递减2；在进程P3中，它的值递减1。每个进程执行的一组操作如下：

进程P1：

while (true) {
    x = x + 1;
}

进程P2：

while (true) {
    x = x - 2;
}

进程P3：

while (true) {
    x = x - 1;
}

那么，下面哪些选项是对程序的正确陈述？

(A) 如果在任何时候，x = 0，则P1必须等待P2和P3。 (B) 如果在任何时候，x < 0，则P2必须等待P1和P3。 (C) 如果在任何时候，x > 0，则P3必须等待P1和P2。 (D) 如果在任何时候，x > 0，则P2必须等待P1和P3。

解题思路

这是一道关于进程同步的经典问题，涉及到多线程并发执行时的互斥访问问题。在多线程并发执行的环境中，每个线程都会尝试访问共享的变量，如果没有同步机制，就有可能会出现访问冲突，导致程序出错。

对于这个问题，我们需要找出其中的临界区，即多个进程访问同一个变量的区域，然后根据临界区进行同步操作。在这个问题中，临界区是变量x的访问操作。

针对这个问题，我们可以使用互斥锁来解决它。互斥锁是一种同步机制，用于限制在同一时间只有一个线程可以访问共享资源。当一个进程获得锁时，其他进程必须等待，直到锁被释放为止。

在这个问题中，我们可以为变量x设置一个互斥锁，然后在每个进程中使用该锁来实现同步访问。具体来说，我们可以采取以下步骤：

1. 在进程启动时，先获取锁，并将锁保存在进程中。
2. 进入临界区之前，使用锁进行加锁操作。
3. 执行对变量x的访问操作。
4. 退出临界区之后，使用锁进行解锁操作。

下面是对进程P1的修改代码示例：

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *process1(void *arg) {
    int *x = (int *) arg;
    while (true) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        *x = *x + 1;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
}

在上述代码中，我们使用了pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock函数来分别进行加锁和解锁操作。其他进程的修改代码与此类似。

正确选项

根据上述解题思路，我们可以得出以下答案：

(A) 如果在任何时候，x = 0，则P1必须等待P2和P3。 正确 (B) 如果在任何时候，x < 0，则P2必须等待P1和P3。 错误 (C) 如果在任何时候，x > 0，则P3必须等待P1和P2。 错误 (D) 如果在任何时候，x > 0，则P2必须等待P1和P3。 错误

因此，本题选项（A）是正确答案。

总结

本题涉及到了计算机科学领域中的一个重要概念，即进程同步和互斥锁。在多线程并发执行的环境中，为了避免访问冲突，必须采取同步机制来实现线程之间的协调操作。互斥锁是一种常见的同步机制，可以限制在同一时间只有一个线程可以访问共享资源，从而保证程序的安全性和正确性。