信号量地PV操作例的题目.docx

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信号量地PV操作例的题目

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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。

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、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（empty）;

将桔子放入盘中；

V（full）;

gotoL2;

end;

processSon（）

begin

L3:

P（full）;

从盘中取出水果;

V（empty）;

吃水果;

gotoL3；

end;

3.某工厂有一个可以存放设备的仓库，总共可以存放10台设备。

生产的每一台设备都必须入库，销售部门可从仓库提出设备供应客户。

设备的入库和出库都必须借助运输工具。

现只有一台运输工具，每次只能运输一台设备。

请设计一个能协调工作的自动调度管理系统。

参考答案：

第一步：

确定进程

可以为入库（Pin）和出库（Pout）各设置一个进程

Pin进程：

●生产了一台设备

●使用运输工具入库

Pout进程：

●使用运输工具出库

●提出设备供应客户

第二步：

确定进程的同步、互斥关系

●同步：

当仓库中有空余位置存放设备时，设备才可以入库

●同步：

当仓库中有存放的设备时，设备才可以出库

●互斥：

运输工具是临界资源，要互斥访问

第三步：

设置信号量

●仓库中有空余位置数量，empty，初值10

●仓库中有存放的设备数量，full，初值0

●为运输工具设置互斥信号量S，初值1，表示当前可用

第四步：

用伪代码描述

begin

empty,full,S：

semaphore;

empty:

=10;

full:

=0;

S:

=1;

cobegin

Pin（）;

Pout（）;

coend;

end;

processPin（）

begin

L1:

生产了一台设备;

P（empty）;

P（S）;

使用运输工具入库;

V（S）;

V（full）;

gotoL1;

end;

processPout（）

begin

L2:

P（full）;

P（S）;

使用运输工具出库;

V（S）;

V（empty）;

提出设备供应客户;

gotoL2;

end;

4、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;

5、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；

（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沙发和一理发椅，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；

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;

15、有一个阅览室，共有100个座位。

读者进入阅览室时必须在入口处进行登记；离开阅览室时必须进行注销。

试用PV操作描述读者进入/离开阅览室的同步与互斥关系。

参考答案：

第一步：

确定进程

可以进入阅览室的读者可以有很多，这里设为n，即

n个Reader（读者）进程

Reader进程：

●登记

●进入阅览室

●读书

●离开阅览室

●注销

第二步：

确定进程的同步、互斥关系

●同步：

当教室有空座位时，读者才可以登记，并进入阅览室

●互斥：

同时只能有一个读者在入口处进行登记

●互斥：

同时只能有一个读者在出口处进行注销

第三步：

设置信号量

●教室空座位数量，seat，初值100

●为入口处进行登记设置互斥信号量Sin，初值1，表示当前可用