（本题 7 分）甲、乙、丙三人一起植树，甲负责挖树坑，

第1题

（本题 7 分）甲、乙、丙三人一起植树，甲负责挖树坑，乙负责将树苗放入树坑中并填土，丙负责为新种的树苗浇水。植树的步骤依次为：挖树坑、放树苗、填土和浇水。现有铁锹和水桶各 1 个，铁锹用于挖树坑和填土，水桶用于浇水。当树坑的数量小于 3 时，甲才可以挖树坑。假设初始时树坑的数量为 0，铁锹和水桶均可用。请定义尽可能少的信号量，用 wait ()、signal () 操作描述植树过程中三人之间的同步或互斥关系，并说明所用信号量的作用及其初值。

参考答案：

信号量 empty：作用是控制可挖树坑的最大数量，确保树坑总数不超过 3，以此同步甲的挖坑行为 —— 只有当已挖树坑数小于 3 时，甲才能执行挖坑操作，其初值为 3。

信号量 pit：用于表示已挖好且尚未被乙使用的树坑数量，承担甲（树坑生产者）和乙（树坑消费者）之间的同步功能 —— 甲挖好树坑后会触发该信号量，乙需等待该信号量可用才能进行放树苗操作，其初值为 0。

信号量 seedling：表示已完成放树苗和填土步骤、等待丙浇水的树苗数量，实现乙（栽种生产者）和丙（浇水消费者）之间的同步 —— 乙栽种完成后触发该信号量，丙需等待该信号量可用才能进行浇水操作，其初值为 0。

信号量 spade：用于实现铁锹的互斥使用，因为铁锹既供甲挖树坑，又供乙填土，同一时间只能由一人使用，通过该信号量避免资源竞争，其初值为 1。

甲（挖树坑）

while (true) {
    wait(empty);       // 检查是否允许挖树坑（树坑数<3）
    wait(spade);       // 申请铁锹（互斥使用）
    挖树坑;            // 核心操作
    signal(spade);     // 释放铁锹
    signal(pit);       // 挖好1个树坑，通知乙可使用
}

乙（放树苗 + 填土）

while (true) {
    wait(pit);         // 等待甲挖好树坑
    放树苗;            // 无需竞争资源，直接执行
    wait(spade);       // 申请铁锹（填土用）
    填土;              // 核心操作
    signal(spade);     // 释放铁锹
    signal(empty);     // 树坑已使用，释放1个“可挖坑名额”
    signal(seedling);  // 栽种完成，通知丙可浇水
}

丙（浇水）

while (true) {
    wait(seedling);    // 等待乙栽种好树苗
    浇水;              // 水桶唯一且无竞争（仅丙使用），直接执行
}