信号量的PV操作例题.docx
《信号量的PV操作例题.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《信号量的PV操作例题.docx(29页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
信号量的PV操作例题
?
?
?
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;IP(empty[I]);
P(Mutex);
将消息放入缓冲区;
v(Mutex);
for(I=0;Iv(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;