进程同步典型例题操作系统.docx
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进程同步典型例题操作系统
进程同步练习题
1.在公共汽车上,司机和售票员的工作流程如图所示。
为保证乘客的安全,司机和售票员应密切配合协调工作。
请用信号量来实现司机与售票员之间的同步。
图司机和售票员工作流程图
1约束:
怎么密切配合协调工作才能保证安全呢?
a)关车门之后再启动车辆;利用前驱图解释
b)到站停车之后再开车门;
2根据约束定义信号量;
关车门和启动车辆需要一个信号量进行同步S1;到站停车和开车门之间需要一个信号量进行同步S2;
3建立几个进程呢?
a)为司机建立一个进程Driver;
b)为售票员建立一个进程Conductor;
Driver:
Repeat
启动车辆;
正常行驶;
到站停车;
Untilfalse;
Conductor:
Repeat
关车门;
售票;
开车门;
Untilfalse;
4加入同步关系:
Vars1,s2:
semorphore=0,0;
Driver:
Repeat
Wait(s1);
启动车辆;
正常行驶;
到站停车;
Signal(s2)
Untilfalse;
Conductor:
Repeat
关车门;
Signal(s1);
售票;
Wait(s2)
开车门;
Untilfalse;
main()
{
Driver();
Conductor();
}
2.桌子上有一只盘子,盘子中只能放一只水果。
爸爸专向盘子中放苹果,妈妈专向盘子中放橘子,一个儿子专等吃盘子中的橘子,一个女儿专等吃盘子中的苹果。
用PV操作实现他们之间的同步机制。
分析:
①约束:
a)爸爸和妈妈竞争盘子,往盘子放水果,爸爸在放时,妈妈等待,或者相反;
b)爸爸和女儿要同步,即爸爸放完苹果之后通知女儿来吃;同时女儿吃完之后要通知盘子可用;
c)妈妈和儿子要同步,即妈妈放完橘子之后通知儿子来吃;同时儿子吃完之后要通知盘子可用;
②经上述分析可知:
需要3个信号量:
S1表示临界资源盘子,初值1;爸爸和女儿需要一个信号量进行同步S2=0
妈妈和儿子需要一个信号量进行同步S3=0;
3建立进程?
爸爸:
妈妈:
女儿:
儿子:
Repeatrepeatrepeatrepeat
取一个苹果;取一个橘子;从盘子取一个苹果;从盘子取一个橘子;
放入盘子;放入盘子吃苹果;吃橘子;
Untilfalse;Untilfalse;Untilfalse;Untilfalse;
④加入同步关系。
爸爸:
妈妈:
女儿:
儿子:
Repeatrepeatrepeatrepeat
wait(S2);wait(S3);
取一个苹果;取一个橘子;从盘子取一个苹果;从盘子取一个橘子;
Wait(S1);Wait(S1);signal(S1);signal(S1);
放入盘子;放入盘子吃苹果;吃橘子;
Signal(S2);Signal(S3);
Untilfalse;Untilfalse;Untilfalse;Untilfalse;
3.a,b两点之间是一段东西向的单行车道,现要设计一个自动管理系统,管理规则如下:
(1)当ab之间有车辆在行驶时同方向的车可以同时驶入ab段,但另一方向的车必须在ab段外等待;
(2)当ab之间无车辆在行驶时,到达a点(或b点)的车辆可以进入ab段,但不能从a点和b点同时驶入;
(3)当某方向在ab段行驶的车辆驶出了ab段且暂无车辆进入ab段时,应让另一方向等待的车辆进入ab段行驶。
请用信号量为工具,对ab段实现正确管理以保证行驶安全。
分析:
①约束:
a)ab两点的单行车道是一种临界资源;两端的车辆对该资源进行竞争;
b)同步关系:
(1),(3);
②经上述分析可知:
首先,设置互斥信号量Sab=1,用于a、b点的车辆互斥进入ab段;
然后,分别设置共享变量ab=0用于记录当前ab段上由a点进入的车辆数量;共享变量ba=0用于记录当前ab=段上由b点进入车辆的数量;
最后,设置互斥信号量S1=1用于ab段的车辆互斥访问共享变量ab;设置互斥信号量S2=1用于ba段的车辆互斥访问共享变量ba
③建立进程?
semaphoreS1=1,S2=1,Sab=1;
intab=ba=0;
Pab:
pba:
Repeatrepeat
Wait(S1)Wait(s2)
abcount=abcount+1;bacount=bacount+1;
ifabcount==1thenwait(sab)ifbacount==1thenwait(sab)
signal(S1)signal(s2)
进入车道行驶;进入车道行驶;
Wait(s1)Wait(s2)
abcount=abcount-1;bacount=bacount-1;
ifabcount==0thensignal(sab)ifbacount==0thensignal(sab)
signal(s1)signal(s2);
untilfalse;untilfalse;
main()
{
Pab();
Pba();
}
5.一条河上架设了由若干个桥墩组成的一座桥。
若一个桥墩只能站一个人,过河的人只能沿着桥向前走而不能向后退。
过河时,只要对岸无人过,就可以过。
但不允许河对岸的两个人同时过,以防止出现死锁。
请给出两个方向的人顺利过河的同步算法。
分析:
1约束:
a)桥属于临界资源,两岸的人对该资源进行竞争;
b)桥上的人数是有限制的,设这个桥由N个桥墩构成,桥上同时只能有N个人过桥,其它人要进行等待。
相当于共享资源数。
2设置信号量
信号量s:
互斥使用桥,初值为1
变量count1:
方向1上过河人计数器
变量count2:
方向2上过河人计数器
信号量scount1:
对方向1上过河人计数器count1的互斥使用,初值为1
信号量scount2:
对方向2上过河人计数器count2的互斥使用,初值为1
信号量scount:
代表桥上过河人的计数信号量,初值为桥墩个数N
③建立进程
Semaphores,scount1,scount2,scount;
intcount1,count2;
s=1;scount1=1;scount2=1;scount=N;
count1=0;count2=0;
voiddirect1(inti)
{
wait(scount1);
count1++;
if(count1==1)
wait(s);
signal(scount1);
wait(scount);
上桥,过桥,下桥;
signal(scount);
wait(scount1);
count1--;
if(count1==0)
signal(s);
signal(scount1);
}
voiddirect2(inti)
{
wait(scount2);
count2++;
if(count2==1)
wait(s);
signal(scount2);
wait(scount);
上桥,过桥,下桥;
signal(scount);
wait(scount2);
count2--;
if(count2==0)
signal(s);
signal(scount2);
}
main()
{
cobegin{
direct1
(1);
…
direct1(n);
direct2
(1);
…
direct2(m);
}
}
6.有一个仓库,可以存放A和B两种产品,但要求:
(1)每次只能存入一种产品(A或B);
(2)-N<A产品数量-B产品数量<M。
其中,N和M是正整数。
试用同步算法描述产品A与产品B的入库过程。
分析:
①约束:
a)仓库是一种临界资源,两种产品为之竞争;
b)A产品数量不能比B产品数量多M个以上即A产品数量比B产品数量最多多M-1个;A产品数量不能比B产品数量少N个以上即B产品数量比A产品最多多N-1个。
2设置信号量
设置互斥信号量mutex互斥使用仓库;
设置两个信号量来控制A、B产品的存放数量,
sa表示当前允许A产品比B产品多入库的数量(当前允许A产品入库数量);
sb表示当前允许B产品比A产品多入库的数量(当前允许B产品入库数量)。
初始时,sa为M一1,sb为N一1。
当往库中存放入一个A产品时,则允许存入B产品的数量也增加1;当往库中存放入一个B产品时,则允许存入A产品的数量也增加1。
③建立进程
semaphoremutex=1,sa=M-1,sb=N-1;
processputa()
{while
(1)
{取一个产品;
wait(sa);
wait(mutex);
将产品入库;
signal(mutex);
signal(sb);
}
}
processputb()
{while
(1)
{取一个产品;
wait(sb);
wait(mutex);
将产品入库;
signal(mutex);
signal(sa);
}
}
main()
{cobegin{
puta();
putb();
}
}
4.将只读数据的进程称为“读者”进程,而写或修改数据的进程称为“写者”进程。
允许多个“读者”同时读数据,但不允许“写者”与其他“读者”或“写者”同时访问数据。
另外,要保证:
一旦有“写者”等待时,新到达的“读者”必须等待,直到该“写者”完成数据访问为止。
试用P、V操作正确实现“读者”与“写者”的同步。
(第二类读者写者问题,信号量解决方法)
分析:
1约束:
a)写者与写者之间需要互斥访问;
b)读者与写者之间需要互斥;(有一个读者在读就让写者等待),因此,此时需要一个计数变量记录读者的数量。
c)允许多个读者同时读数据;
d)一旦有“写者”等待时,新到达的“读者”必须等待,直到该“写者”完成数据访问为止。
2建立进程
Write:
Repeat
执行读操作
Untilfalse;
Read:
Repeat
执行写操作;
Untilfalse;
3设置信号量
a)设置互斥信号量mutex=1实现写者与写者之间的互斥访问;
Write:
Repeat
Wait(mutex)
执行读操作;
Signal(mutex);
Untilfalse;
b)实现读者与写者之间的互斥,设置整型变量readcount=0记录读者数量,ifreadcount==1thenwait(mutex)
Read:
Repeat
readcount++;
if(readcount==1)wait(mutex);
执行读操作;
readcount--;
if(readcount==0)signal(mutex);
untilfalse;
由于readcount是共享变量,所以读者之间要互斥访问,因此设置一个互斥信号量rmutex=1.
Read:
Repeat
Wait(rmutex)
readcount++;
if(readcount==1)wait(mutex);
signal(rmutex)
执行读操作;
Wait(rmutex)
readcount--;
if(readcount==0)signal(mutex);
signal(rmutex)
untilfalse;
c)要想实现d)的互斥,需让读者和写者再共享一个互斥信号量s,因此设置互斥信号量s=1,一旦有写者等待时,就wait(s)让读者等待。
Write:
Repeat
wait(wmutex);
writecount++;
if(writecount==1)wait(s);
signal(wmutex);
Wait(mutex)
执行读操作;
Signal(mutex);
wait(wmutex);
writecount--;
if(writecount==0)signal(s);
signal(wmutex);
Untilfalse;
Read:
Repeat
Wait(s);
Wait(rmutex)
readcount++;
if(readcount==1)wait(mutex);
signal(rmutex)
signal(s);
执行读操作;
Wait(rmutex)
readcount--;
if(readcount==0)signal(mutex);
signal(rmutex)
untilfalse;
④完整代码
Processreader()
{while
(1)
{
wait(s);
wait(rmutex);
if(readcount==0)wait(mutex);
readcount++;
signal(rmutex);
signal(s);
performreadoperation;
wait(rmutex);
readcount--;
if(readcount==0)signal(mutex);
signal(rmutex);
}
}
Processwriter()
{while
(1)
{
wait(wmutex);
writecount++;
if(writecount==1)wait(s);
signal(wmutex);
wait(mutex);
performwriteoperation;
signal(mutex);
wait(wmutex);
writecount--;
if(writecount==0)signal(s);
signal(wmutex);
}
}
Main()
{
cobegin
{reader();
writer();
}
}
1、在公共汽车上,司机和售票员的工作流程如图所示。
为保证乘客的安全,司机和售票员应密切配合协调工作。
请用信号量来实现司机与售票员之间的同步。
图司机和售票员工作流程图
【答案】
设置两个资源信号量:
S1、S2。
S1表示是否允许司机启动汽车,其初值为0;S2表示是否允许售票员开门,其初值为0.
semaphoereS1=S2=0;
voidDriver()
{
while
(1)
{
wait(S1);
启动车辆;
正常行车;
到站停车;
signal(S2);
}
}
voidBusman()
{
while
(1)
{
关车门;
signal(S1);
售票;
wait(S2);
开车门;
}
}
main()
{
cobegin{
Driver();
Busman();
}
}
2.桌子上有一只盘子,盘子中只能放一只水果。
爸爸专向盘子中放苹果,妈妈专向盘子中放橘子,一个儿子专等吃盘子中的橘子,一个女儿专等吃盘子中的苹果。
用PV操作实现他们之间的同步机制。
【答案】
信号量S用来实现盘子的互斥访问,S1表示盘子中苹果个数,S2表示盘子中橘子的个数。
semaphoreS=1,S1=S2=0;
voidfather()
{
while
(1)
{
准备苹果;
wait(S);
将苹果放在盘子内;
signal(S1);
}
}
voidmother()
{
while
(1)
{
准备橘子;
wait(S);
将橘子放在盘子内;
signal(S2);
}
}
voiddaughter()
{
while
(1)
{
wait(Sl);
从盘子里拿走苹果;
signal(S);
吃苹果;
}
}
voidson()
{
while
(1)
{
wait(S2);
从盘子里拿走橘子;
signal(S);
吃橘子;
}
}
main()
{
cobegin{
father();
mother();
daughter();
son();
}
}
3.a,b两点之间是一段东西向的单行车道,现要设计一个自动管理系统,管理规则如下:
(1)当ab之间有车辆在行驶时同方向的车可以同时驶入ab段,但另一方向的车必须在ab段外等待;
(2)当ab之间无车辆在行驶时,到达a点(或b点)的车辆可以进入ab段,但不能从a点和b点同时驶入;
(3)当某方向在ab段行驶的车辆驶出了ab段且暂无车辆进入ab段时,应让另一方向等待的车辆进入ab段行驶。
请用信号量为工具,对ab段实现正确管理以保证行驶安全。
【答案】
此题是读者-写者问题的变形。
设置3个信号量S1、S2和Sab,分别用于从a点进入的车互斥访问共享变量ab(用于记录当前ab段上由a点进入车辆的数量),从b点进入的车互斥访问共享变量ba(用于记录当前ab段上由b点进入车辆的数量)和a、b点的车辆互斥进入ab段。
3个信号量的初值分别为1、1和1,两个共享变量ab和ba的初值分别为0、0。
semaphoreS1=1,S2=1,Sab=1;
intab=ba=0;
voidPab()
{
while
(1)
{
wait(S1);
if(ab==0)
wait(Sab);
ab=ab+1;
signal(S1);
车辆从a点驶向b点;
wait(S1);
ab=ab-1;
if(ab==0)
signal(Sab);
signal(S1);
}
}
voidPba()
{
while
(1)
{
wait(S2);
if(ba==0)
wait(Sab);
ba=ba+1;
signal(S2);
车辆从b点驶向a点;
wait(S2);
ba=ba-1;
if(ba==0)
signal(Sab);
signal(S2);
}
}
main()
{
cobegin{
Pab();
Pba();
}
}
4.将只读数据的进程称为“读者”进程,而写或修改数据的进程称为“写者”进程。
允许多个“读者”同时读数据,但不允许“写者”与其他“读者”或“写者”同时访问数据。
另外,要保证:
一旦有“写者”等待时,新到达的“读者”必须等待,直到该“写者”完成数据访问为止。
试用P、V操作正确实现“读者”与“写者”的同步。
(第二类读者写者问题,信号量解决方法)
【答案】
为了使写者优先,可在原来的读优先算法的基础上增加一个互斥信号量s,初值为1,使得当至少有一个写者准备访问共享对象时,它可以使后续的读者进程等待;
整型变量writecount,初值为0,用来对写者进行计数;
互斥信号量wmutex,初值为1,用来实现多个写者对writecount进行互斥访问。
Processreader()
{while
(1)
{
wait(s);
wait(rmutex);
if(readcount==0)wait(mutex);
readcount++;
signal(rmutex);
signal(s);
performreadoperation;
wait(rmutex);
readcount--;
if(readcount==0)signal(mutex);
signal(rmutex);
}
}
Processwriter()
{while
(1)
{
wait(wmutex);
if(writecount==0)wait(s);
writecount++;
signal(wmutex);
wait(mutex);
performwriteoperation;
signal(mutex);
wait(wmutex);
writecount--;
if(writecount==0)signal(s);
signal(wmutex);
}
}
Main()
{
cobegin
{reader();
writer();
}
}
5.一条河上架设了由若干个桥墩组成的一座桥。
若一个桥墩只能站一个人,过河的人只能沿着桥向前走而不能向后退。
过河时,只要对岸无人过,就可以过。
但不允许河对岸的两个人同时过,以防止出现死锁。
请给出两个方向的人顺利过河的同步算法。
【答案】
信号量s:
互斥使用桥,初值为1
信号量scount1:
对方向1上过河人计数器count1的互斥使用,初值为1
信号量scount2:
对方向2上过河人计数器count2的互斥使用,初值为1
信号量scount:
代表桥上过河人的计数信号量,初值为桥墩个数N
变量count1:
方向1上过河人计数器
变量count2:
方向2上过河人计数器
Semaphores,scount1,scount2,scount;
intcount1,count2;
s=1;scount1=1;scount2=1;scount=N;
count1=0;count2=0;
voiddirect1(inti)
{
wait(scount1);
if(count1==0)
wait(s);
count1++;
signal(scount1);
wait(scount);
上桥,过桥,下桥;
signal(scount);
wait(scount1);
count1--;
if(count1==0)
signal(s);
signal(scount1);
}
voiddirect2(inti)
{
wait(scount2);
if(count2==0)
wait(s);
count2++;
signal(scount2);
wait(scount);
上桥,过桥,下桥;
signal(scount);
wait(scount2);
count2--;
if(count2==0)
signal(s);
signal(scount2);
}
main()
{
cobegin{
direct1
(1);
…
direct1(n);
direct2
(1);
…
direct2(m);
}
}
6、有一个仓库,可以存放A和B两种产品,但要求:
(1)每次只能存入一种产品(A或B);
(2)-N<A产品数量-B产品数量<M。
其中,N和M是正整数。
试用同步算法描述产品A与产品B的入库过程。
【答案】
A产品的数量不能比B产品的数量少N个以上,A产品的数量不能比B产品的数量多M个以上.
设置两个信号量来控制A、B产品的存放数量,sa表示当前允许A产品比B产品多入库的数量(当前允许A产品入库数量),即在当前库存量和B产品
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- 进程 同步 典型 例题 操作系统