题目

某博物馆最多可以容纳 500 人同时参观，有一个出入口，该出入口一次仅允许一个人通过。参观者的活动描述如下：

cobegin
参观者进程 i:
{
    ...
    进门;
    ...
    参观;
    ...
    出门;
    ...
}
coend

请添加必要的信号量和 P、V（或 wait()、signal()）操作，以实现上述过程中的互斥与同步。要求写出完整的过程，说明信号量的含义并赋初值。

解析

关系拆解

约束	类型	用什么信号量
博物馆里最多 500 人	同步（容量限制）	empty（init = 500）
出入口一次只能 1 人通过	互斥（共享出入口）	mutex（init = 1）

注意"出入口"既被进门用、也被出门用——所以进门和出门都要 P(mutex) 包夹。但参观本身不占用出入口，不需要锁。

信号量与代码

semaphore empty = 500;   // 博物馆剩余可容纳人数
semaphore mutex = 1;     // 出入口互斥（一次只能 1 人通过）

visitor() {
    P(empty);            // 等到博物馆有名额
    P(mutex);            // 占用出入口
    进门;
    V(mutex);            // 让出出入口
    
    参观;                // 在馆内参观，无需锁
    
    P(mutex);            // 出门也要占用出入口
    出门;
    V(mutex);            // 让出出入口
    V(empty);            // 释放一个名额（人走了）
}

信号量含义说明（答题必写）

信号量	初值	含义
empty	500	博物馆剩余名额数；进入前 P，离开后 V
mutex	1	出入口互斥锁；进门、出门动作各自包在 P-V 之间

易错点

编者注（易错点）：

1. P(empty) 必须在 P(mutex) 之前——典型的"同步信号量先于互斥信号量获取"。如果调换顺序，第 501 个游客会拿到 mutex 但卡在 P(empty) 上 → 出入口被锁死、谁也进不去也出不来 → 全部死锁。

2. 出门时不能 V(empty) 在 V(mutex) 之前——但这一条比较弱。两种顺序都不会死锁；放 V(mutex) 前只是让"通知名额释放"早 1 个原子操作发生，没有功能差别。考试两种写法都给分，但建议按"先放手中的资源（mutex），再发广播（empty）"这种习惯写法。

3. 参观环节不能放在 mutex 内——题目明确说"出入口一次一人"，没说"博物馆里同一时刻只能 1 人在参观"。如果把"参观"也包进 mutex，会变成"博物馆每次只允许 1 人"——与"最多 500 人"矛盾，且违背题意。

4. 不能用一个信号量同时管 500 人和出入口——这是初学者常犯的错。500 人是容量约束（用计数信号量 init=500），出入口是互斥约束（用二值信号量 init=1），两者根本不是一个量级，必须分开两个信号量。

5. 本题不需要"front / rear"等队列指针——这是单纯的"容量 + 互斥"题，不涉及队列实现。如果题目要求"按到达顺序进入"再考虑公平队列，本题不要求。