操作系统同步互斥练习题教学文稿.docx
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操作系统同步互斥练习题教学文稿.docx
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操作系统同步互斥练习题教学文稿
操作系统同步试题
1、设公共汽车上,司机和售票员的活动分别是:
司机的活动:
启动车辆;
正常行车;
到站停车;
售票员的活动:
关车门;
售票;
开车门;
在汽车不断地到站、停车、行驶过程中,这两个活动有什么同步关系?
用P、V操作实现它们的同步。
设两个信号量S和C,初值为S=0;C=0;
司机:
L1:
正常行车售票员:
L2:
售票
到站停车P(S)
V(S)开车门
P(C)关车门
启动开车V(C)
GOTOL1GOTOL2
2、桌子上有一个空盘子,允许存放一只水果,爸爸可以向盘中放苹果,妈妈向盘子中放橘子,女儿专门吃盘子中的苹果,儿子专门吃盘子中的橘子。
规定当盘子空的时候一次只能放一只水果,请用信号量实现他们之间的同步与互斥。
S,S1,S2:
semaphore=1,0,0;
Cobegin:
ProcessFather:
Begin:
L1:
P(S);
PutApple;
V(S1);
GOTOL1;
End;
ProcessMother:
Begin:
L2:
P(S);
PutOrange;
V(S2);
GOTOL2;
End;
ProcessSon:
Begin:
L3:
P(S2);
GetOrange;
V(S);
GOTOL1;
End;
ProcessDaughter:
Begin:
L4:
P(S1);
GetApple;
V(S);
GOTOL4;
End;
CoEnd;
2、写者优先的“读者――写者”问题:
1)共享读
2)互斥写、读写互斥
3)写者优先于读者(一旦有写者,则后续读者必须等待,唤醒时优先考虑写者)
wmutex:
semaphore=1//读者与写者之间、写者与写者之间互斥使用共享数据
S:
semaphore=1//当至少有一个写者准备访问共享数据时,它可使后续的读者等待写完成
S2:
semaphor=1//阻塞第二个以后的等待读者
readcount,writecount:
semaphore=0,0;//当前读者数量、写者数量
mutex1:
semaphore=1//多个读者互斥使用readcount
mutex2:
semaphore=1//多个写者互斥使用writecount
Cobegin:
Reader:
begin
Repeat
Wait(S2);
wait(S);
wait(mutex1)
ifreadcount=0thenwait(wmutex);
readcount++;
signal(mutex1);
signal(S);
signal(S2);
reading…
wait(mutex1);
readcount--;
ifreadcount=0thensignal(wmutex);
signal(mutex1);
untilfalse;
begin;
writer:
begin
repeat;
wait(mutex2);
ifwritecount=0thenwait(S);
writecount++;
signal(mutex2);
wait(wmutex);
writing…
signal(wmutex);
wait(mutex2);
writecount--;
ifwritecount=0thensignal(S);
signal(mutex2);
untilfalse;
end;
coend;
4、有一个仓库,可以存放A、B两种产品,但要求:
1每次只能存入一种产品(A或B);
2A产品数量-B产品数量 3B产品数量-A产品数量 其中M、N是正整数,使用P、V操作描述产品A与产品B的入库过程。 Mutex,Sa,Sb: Semaphore; Mutex=1; Sa=M-1; Sb=N-1; CoBegin: ProcessPA: Begin Loop: P(Sa); P(Mutex); 产品A入库; V(Mutex); V(Sb); GotoLoop; End; ProcessPB: Begin Loop: P(Sb); P(Mutex); 产品B入库; V(Mutex); V(Sa); GotoLoop; End; CoEnd; 5、进程A1、A2、……An1通过m个缓冲区向进程B1、B2……Bn2不断地发送消息。 发送和接收工作遵循如下规则: (1)每个发送进程一次发送一个消息,写入一个缓冲区,缓冲区大小等于消息长度; (2)对每一个消息,B1,B2,…,Bn都必须接收一次,读入各自的数据区内; (3)m个缓冲区都满时,发送进程等待;没有可读的消息时,接收进程等待。 解答: 本题是生产者——消费者问题的一个变形,一组生产者A1,A2,…….An1和一组消费者B1,B2,……Bn2公用m个缓冲区,每个缓冲区只要写一次,但需要读n2次,因此,我们可以把这一组缓冲区看成n2组缓冲区,每个发送者需要同时写n2组缓冲区,而每一个接收者只需读它自己对应的那组缓冲区中的对应单元。 Mutex,empty[n2],full[n2]: semaphore; Mutex=1;//多进程互斥使用缓冲区 empty[0,1,……n2]={m,m,……m}; full[0,1,…..n2]={0,0,……0}; intI; Cobegin: ProcessAi Begin: Loop: IntI; For(I=0;I P(empty[I]); P(Mutex); 将消息放入缓冲区; v(Mutex); for(I=0;I v(full[I]); GotoLoop; End; ProcessBi Begin: Loop: P(full[I]); P(Mutex); 从消息缓冲区取出消息; v(Mutex); v(empty[I]); GotoLoop; End; CoEnd; 6、理发师问题: 一个理发店有N张沙发和一张理发椅,没有顾客要理发时,理发师便去睡觉;当一个顾客走进理发店时,如果所有的沙发都已被占用,他便离开理发店;否则,如果理发师正在为其他顾客理发,则该顾客就找一张空沙发坐下等待;如果理发师因无顾客正在睡觉,则由新到的顾客唤醒理发师为其理发。 在理发完成后,顾客必须付费,直到理发师收费后才能离开理发店。 使用信号量实现这一同步问题。 解答: 为解决上述问题,需要设置一个整形变量count用来对理发店中的顾客进行计数,再设置7个信号量: mutex用来实现顾客进程对count变量的互斥访问,其初值为1;sofa是对应于等候室中N张沙发的资源信号量,其初值为N;empty表示是否有空闲的理发椅,其初值为1;full表示理发椅上是否坐有等待理发的顾客,其初值为0;cut用来等待理发的完成,其初值为0;payment用来等待付费,其初值为0;receipt用来等待收费,其初值为0。 Intcount=0; Mutex,sofa,empty,full,cut,payment,receipt: semaphore=1,N,1,0,0,0,0; CoBegin: ProcessGuest: Begin: P(mutex); If(count>N)then { v(mutex); exitshop; } else { count++; if(count>1)then { p(sofa); sitonsofa; p(empty); getupfromsofa; v(sofa); } else//count=1 { p(empty); sitonthebaber_chair; v(full); p(cut); pay; v(payment); p(receipt); getupfromthebaber_chair; v(empty); p(mutex) count--; v(mutex); exitshop; End; ProcessBarber: Begin Loop: P(full); Cuthair; V(cut); P(payment); Acceptpayment; V(receipt); GotoLoop; CoEnd; 7、一个海底隧道中只有一个车道,规定同一个方向的可以连续过隧道;某方向有列车过隧道时,另一个方向的列车就要等待,现在东岸和西岸都有列车要过隧道,如果把每个过隧道的列车看作一个进程,为保证安全,使用P、V操作实现正确管理。 8、如果系统中有N个进程, •运行进程最多几个,最少几个? •就绪进程最多几个,最少几个? •等待进程最多几个,最少几个? 解答: 运行进程最多1个,最少0个; 就绪进程最多N-1个,最少0个; 等待进程最多N个,最少0个; 9、教材作业第25题: (1)具有忙等待的关锁和开锁原语: Lock(W): {WhileW=1DoNoOperation; W=1; } Unlock(W): {W=0;} (2)不会忙等待的关锁和开锁原语: Lock(W): {W++; IfW>1ThenBlock(); } Unlock(W): {W--; IfW>=1ThenWakeup(); } 10、教材作业第28题: 第一种解法: S1,S2: Semaphore=0,0; Main() {Cobegin: Collection(); Computer(); } Collection() {L1: CollectMesg; PutMesgIntoBuffer; V(S1); P(S2); GotoL1; } Computer() {L2: P(S1); GetMesg; V(S2); Computing; GotoL2; } 第二种解法: S1,S2: Semaphore=0,1; Main() {Cobegin: Collection(); Computer(); } Collection() {L1: CollectMesg; P(S2); PutMesgIntoBuffer; V(S1); GotoL1; } Computer() {L2: P(S1); GetMesg; V(S2); Computing; GotoL2; } 11、信号量的PV操作是如何定义的? 试说明信号量的PV操作的物理意义。 参考答案: P(S): 将信号量S减1,若结果大于或等于0,则该进程继续执行;若结果小于0,则该进程被阻塞,并将其插入到该信号量的等待队列中,然后转去调度另一进程。 V(S): 将信号量S加1,若结果大于0,则该进程继续执行;若结果小于或等于0,则从该信号量的等待队列中移出一个进程,使其从阻塞状态变为就绪状态,并插入到就绪队列中,然后返回当前进程继续执行。 PV操作的物理含义: 信号量S值的大小表示某类资源的数量。 当S>0时,其值表示当前可供分配的资源数目;当S<0时,其绝对值表示S信号量的等待队列中的进程数目。 每执行一次P操作,S值减1,表示请求分配一个资源,若S≥0,表示可以为进程分配资源,即允许进程进入其临界区;若S<0,表示已没有资源可供分配,申请资源的进程被阻塞,并插入S的等待队列中,S的绝对值表示等待队列中进程的数目,此时CPU将重新进行调度。 每执行一次V操作,S值加1,表示释放一个资源,若S>0,表示等待队列为空;若S≤0,则表示等待队列中有因申请不到相应资源而被阻塞的进程,于是唤醒其中一个进程,并将其插入就绪队列。 无论以上哪种情况,执行V操作的进程都可继续运行。 12、假设有三个并发进程P,Q,R,其中P负责从输入设备上读入信息并传送给Q,Q将信息加工后传送给R,R则负责将信息打印输出。 写出下列条件的并发程序: (1)进程P、Q共享一个缓冲区,进程Q、R共享另一个缓冲区。 (2)进程P、Q共享一个由m个缓冲区组成的缓冲池,进程Q、R共享另一个由n个缓冲区组成的缓冲池。 参考答案: (1) 第一步: 确定进程 3个进程P、Q、R P进程: ●从输入设备上读入信息 ●将信息放入缓冲区1 Q进程: ●从缓冲区1取出信息 ●将信息放入缓冲区2中 R进程: ●从缓冲区2取出信息 ●将信息打印输出 第二步: 确定进程的同步、互斥关系 ●同步: P当缓存区1无数据时,才可以向缓冲区1写入信息 ●同步: Q当缓存区1有数据时,才可以从缓冲区1读取信息 ●同步: Q当缓存区2无数据时,才可以向缓冲区2写入信息 ●同步: R当缓存区2有数据时,才可以从缓冲区2读取信息 第三步: 设置信号量 ●缓存区1无数据,empty1,初值1 ●缓存区1有数据,full1,初值0 ●缓存区2无数据,empty2,初值1 ●缓存区2有数据,full2,初值0 第四步: 用伪代码描述 begin empty1,empty2,full1,full2: semaphore; empty1: =1; empty2: =1; full1: =0; full2: =0; cobegin P(); Q(); R(); coend; end; processP() begin L1: 从输入设备上读入信息; P(empty1); 将信息放入缓冲区1; V(full1); gotoL1 end; processQ() begin L2: P(full1); 从缓冲区1取出信息; V(empty1); P(empty2); 将信息放入缓冲区2; V(full2); gotoL2 end; processR() begin L3: P(full2); 从缓冲区2取出信息; V(empty2); 将信息打印输出; gotoL3; end; (2) 第一步: 确定进程 3个进程P、Q、R P进程: ●从输入设备上读入信息 ●将信息放入缓冲池1中的一个空缓冲区中 Q进程: ●从缓冲池1中的一个非空缓冲区中取出信息 ●将信息放入缓冲池2中的一个空缓冲区中 R进程: ●从缓冲池2中的一个非空缓冲区中取出信息 ●将信息打印输出 第二步: 确定进程的同步、互斥关系 ●同步: P当缓冲池1中有空的缓冲区时,才可以向缓冲池1写入信息 ●同步: Q当缓冲池1中有非空的缓冲区时,才可以从缓冲池1读取信息 ●同步: Q当缓冲池2中有空的缓冲区时,才可以向缓冲池2写入信息 ●同步: R当缓冲池2中有非空的缓冲区时,才可以从缓冲池2读取信息 第三步: 设置信号量 ●缓冲池1中的空缓冲区的数量,empty1,初值m ●缓冲池1中的非空缓冲区的数量,full1,初值0 ●缓冲池2中的空缓冲区的数量,empty2,初值n ●缓冲池2中的非空缓冲区的数量,full2,初值0 第四步: 用伪代码描述 begin empty1,empty2,full1,full2: semaphore; empty1: =m; empty2: =n; full1: =0; full2: =0; cobegin P(); Q(); R(); coend; end; processP() begin L1: 从输入设备上读入信息; P(empty1); 将信息放入缓冲池1中的一个空缓冲区中; V(full1); gotoL1 end; processQ() begin L2: P(full1); 从缓冲池1中的一个非空缓冲区中取出信息; V(empty1); P(empty2); 将信息放入缓冲池2中的一个空缓冲区中; V(full2); gotoL2 end; processR() begin L3: P(full2); 从缓冲池2中的一个非空缓冲区中取出信息; V(empty2); 将信息打印输出; gotoL3; end; 13、有四个并发进程: R1,R2,W1和W2,它们共享可以存放一个数的缓冲区。 进程R1每次从磁盘读入一个数存放到缓冲区中,供进程W1打印输出;进程R2每次从键盘读一个数存放到缓冲区中,供进程W2打印输出。 当缓冲区满时,不允许再向缓冲区中存放数据;当缓冲区空时,不允许再从缓冲区中取出数据打印输出。 试用PV操作实现四个进程的协调运行。 参考答案: 第一步: 确定进程 4个进程R1、R2、W1、W2 R1进程: ●从磁盘上读入一个数 ●将数存放到缓冲区中 W1进程: ●将R1进程放进缓冲区中的数取出 ●打印输出 R2进程: ●从键盘读入一个数 ●将数存放到缓冲区中 W2进程: ●将R2进程放进缓冲区中的数取出 ●打印输出 第二步: 确定进程的同步、互斥关系 ●同步: R1当缓存区无数据时,才可以向缓冲区写入数据 ●同步: R2当缓存区无数据时,才可以向缓冲区写入数据 ●同步: W1当缓存区中是R1写的数据时,才可以将数据从缓冲区中读出 ●同步: W2当缓存区中是R2写的数据时,才可以将数据从缓冲区中读出 第三步: 设置信号量 ●缓存区无数据,empty,初值1 ●缓存区中是R1写的数据,full1,初值0 ●缓存区中是R2写的数据,full2,初值0 第四步: 用伪代码描述 begin empty,full1,full2: semaphore; empty: =1; full1: =0; full2: =0; cobegin R1(); R2(); W1(); W2(); coend; end; processR1() begin L1: 从磁盘上读入一个数; P(empty); 将数存放到缓冲区中; V(full1); gotoL1 end; processR2() begin L2: 从键盘上读入一个数; P(empty); 将数存放到缓冲区中; V(full2); gotoL2 end; processW1() begin L3: P(full1); 将缓冲区中的数取出; V(empty); 打印输出; gotoL3 end; processW2() begin L4: P(full2); 将缓冲区中的数取出; V(empty); 打印输出; gotoL4 end; 14、请用PV操作实现他们之间的同步关系: (1)桌上一个盘子,只能放一只水果。 爸爸放苹果,妈妈放桔子,儿子只吃桔子,女儿只吃苹果。 (2)桌上一个盘子,只能放一只水果。 爸爸放苹果,妈妈放桔子,儿子吃桔子、苹果。 参考答案: 第一步: 确定进程 4个进程Father(爸爸)、Mother(妈妈)、Son(儿子)、Daughter(女儿) Father进程: ●将苹果放入盘中 Mother进程: ●将桔子放入盘中 Son进程: ●从盘中取出桔子 ●吃桔子 Daughter进程: ●从盘中取出苹果 ●吃苹果 第二步: 确定进程的同步、互斥关系 ●同步: Father当盘中无水果时,才可以将苹果放入盘中 ●同步: Mother当盘中无水果时,才可以将桔子放入盘中 ●同步: Son当盘中有桔子时,才可以从盘中取出桔子 ●同步: Daughter当盘中有苹果时,才可以从盘中取出苹果 第三步: 设置信号量 ●盘中无水果,Sp,初值1 ●盘中有桔子,So,初值0 ●盘中有苹果,Sa,初值0 第四步: 用伪代码描述 begin Sp,So,Sa: semaphore; Sp: =1; So: =0; Sa: =0; cobegin Father(); Mother(); Son(); Daughter(); coend; end; processFather() begin L1: P(Sp); 将苹果放入盘中; V(Sa); gotoL1; end; processMother() begin L2: P(Sp); 将桔子放入盘中; V(So); gotoL2; end; processSon() begin L3: P(So); 从盘中取出桔子; V(Sp) 吃桔子; gotoL3; end; processDaughter() begin L4: P(Sa); 从盘中取出苹果; V(Sp) 吃苹果; gotoL4; end; (2) 第一步: 确定进程 3个进程Father(爸爸)、Mother(妈妈)、Son(儿子) Father进程: ●将苹果放入盘中 Mother进程: ●将桔子放入盘中 Son进程: ●从盘中取出水果(桔子或苹果) ●吃水果(桔子或苹果) 第二步: 确定进程的同步、互斥关系 ●同步: Father当盘中无水果时,才可以将苹果放入盘中 ●同步: Mother当盘中无水果时,才可以将桔子放入盘中 ●同步: Son当盘中有水果(桔子或苹果)时,才可以从盘中取出水果 第三步: 设置信号量 ●盘中无水果,empty,初值1 ●盘中有水果(桔子或苹果),full,初值0 第四步: 用伪代码描述 begin empty,full: semaphore; empty: =1; full: =0; cobegin Father(); Mother(); Son(); coend; end; processFather() begin L1: P(empty); 将苹果放入盘中; V(full); gotoL1; end; processMother() begin L2: P
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