信号量的PV操作例题.docx

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信号量的PV操作例题

？

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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，假如结果大于或等于0，如此该进程继续执行；假如结果小于0，如此该进程被阻塞，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，假如结果大于0，如此该进程继续执行；假如结果小于或等于0，如此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，假如S≥0，表示可以为进程分配资源，即允许进程进入其临界区；假如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将重新进展调度。

每执行一次V操作，S值加1，表示释放一个资源，假如S>0，表示等待队列为空；假如S≤0，如此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给客户。

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

●提出设备供给客户

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〕;

提出设备供给客户;

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，如此后续读者必须等待，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如此：

（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：

此题是生产者——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NX沙发和一X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；否如此，如果理发师正在为其他顾客理发，如此该顾客就找一X空沙发坐下等待；如果理发师因无顾客正在睡觉，如此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展计数，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NX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如此负责将信息打印输出。

写出如下条件的并发程序：

〔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展登记；离开阅览室时必须进展注销。

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：

当教室内有空座位时，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展登记

●互斥：

同时只能有一个读者在出口处进展注销

第三步：

设置信号量

●教室内空座位数量，seat，初值100

●为入口处进展登记设置互斥信号量Sin，初值1，表示当前可用

●为出口处进展注销设置互斥信号量Sout，初值1，表示当前可用

第四步：

用伪代码描述

begin

Sin,Sout,seat：

semaphore;

seat:

=100;

Sin:

=1;

Sout:

=1;

cobegin

processReader-i（i=1,2,…,n）;

begin

P（seat）;

P（Sin）;

登记;

V（Sin）;

进入阅览室;

读书;

离开阅览室;

P（Sout）;

注销;

V（Sout）;

V〔seat〕;

end

coend;