第七章 不太遥远的经典问题
7.2 儿童保育问题
Max Hailperin为他的教科书《操作系统和中间件》[5]编写了这个问题。 州法规要求，在儿童保育中心，每三个孩子总要有一个成年人在场。
思考：为孩子线程和成人线程编写代码，在临界区强制执行此约束。
7.2.1 儿童保育提示
Hailperin建议你可以用一个信号量来解决这个问题。
multiplex计算可用令牌的数量，其中每个令牌允许一个孩子线程进入。 当成年人进入时，他们发出三次multiplex信号(signal); 当他们离开时，他们等待(wait)三次。 但是这个解决方案存在一个问题。
思考：问题是什么？
7.2.2 儿童保育非解决方案
以下是Hailperin非解决方案中成人代码的样子：
问题是存在潜在的死锁。 想象一下，幼儿中心有三个孩子和两个成年人。 multiplex的值是3，所以任何成年人都应该能够离开。 但如果两个成年人同时开始离开，他们可能会将他们之间的可用令牌分开，并且两者都会阻塞。
思考：用最小的改变解决这个问题。
7.2.3 儿童保育方案
添加互斥锁可以解决问题：
现在这三个等待操作都是原子的。 如果有三个令牌可用，则获取互斥锁的线程将获得所有三个令牌并退出。 如果可用的令牌较少，则第一个线程将在互斥锁中阻塞，后续线程将在互斥锁上排队。
7.2.4 扩展的儿童保育问题
这个解决方案的一个特点是，等待离开的成人线程可以防止孩子线程进入。
想象一下，有四个孩子和两个成年人，所以multiplex的值是2。如果其中一个成年人试图离开，她将取两个令牌，然后在等待第三个时阻塞。 如果孩子线程到达，它将等待，即使进入是合法的。 从成年人试图离开的角度来看，这或许很好，但如果你想最大限度地利用儿童保育中心，那就不是了。
思考：写一个解决这个问题的方法，避免不必要的等待。
提示：想想3.8节中的舞者。
7.2.5 扩展的儿童保育提示
以下是我在解决方案中使用的变量：
children, adults, waiting和leaving记录儿童，成人，等待进入的儿童以及等待离开的成年人的数量; 它们受互斥锁mutex保护。
如果有必要，孩子进入时等待childQueue。成年人离开时等待adultQueue。
7.2.6 扩展的儿童保育方案
这个解决方案比Hailperin的优雅解决方案更复杂，但是它主要是我们以前见过的模式的组合：记分牌、两个队列，以及“我为您做”。
这是孩子的代码：
当孩子进入时，他们检查是否有足够的成人，或者（1）递增children并进入，或者（2）递增waiting并阻塞。当他们离开时，他们检查正在等待离开的成人线程，如果有的话就向他发出信号。
这是成人的代码：
当成人进入时，他们会向等待的孩子发出信号。 在他们离开之前，他们会检查是否有足够的成年人离开。 如果是这样，他们会减少adults并退出。 否则他们增加leaving并阻塞。 当成人线程等待离开时，它被视为临界区的成人之一，因此额外的孩子可以进入。