习题5答案word文档良心出品Word文档格式.docx
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d.让权等待.
5.8试从物理概念上说明信号量P、V操作的含义。
P（S）表示申请一个资源，S.value>
0表示有资源可用,其值为资源的数目；
S.value=0表示无资源可用；
S.value<
0,则|S.value|表示S等待队列中的进程个数。
V（S）表示释放一个资源，信号量的初值应该大于等于0。
5.9由V操作唤醒的进程是否一定能够直接进入运行状态?
否。
一般来说，唤醒是将进程状态由等待状态变成就绪状态，而就绪进程何时获得处理机则是由系统的处理机调度策略确定的。
如果采用抢占式优先级调度算法，并且被唤醒的进程是当前系统中优先级最高的进程，那么该进程将被调度执行，其状态变成运行态。
如果该进程不是系统中优先级最高的进程或系统采用其它调度算法，那么该进程不会被调度执行，其状态将维持在就绪态。
5.10我们为某临界区设置一把锁W，当W=1时，表示关锁;
W=0时，表示锁打开。
试写出开锁原语和关锁原语，并利用它们去实现互斥。
开锁原语:
voidunlock（W）
{W=0;
}
关锁原语:
voidlock（W）
{while（W==1）{};
W=1;
}
利用开关锁原语实现互斥:
semaphoreW=0;
main（）
{cobegin
Pn（）/*并发的进程P1、P2、……Pn*/
{lock（W）;
临界区;
unlock（W）;
其余部分;
}
……
coend}
5.11试写出相应的程序来描述图5.8所示的前趋图。
（a）设6个同步信号量f1、f2、f3、f4、f5、f6分别表示进程S1、S2、S3、S4、S5、S6是否执行完成，其初值均为0。
这7个进程的同步描述如下：
主程序如下:
semaphorefl=f2=f3=f4=f5=f6=0；
S1（）;
S2（）;
S3（）;
S4（）;
S5（）;
S6（）;
S7（）;
各个进程的语句形式如下:
voidS1（）
{
V（f1）;
voidS2（）
P（f1）;
V（f2）;
voidS3（）
V（f3）;
voidS4（）
P（f2）;
V（f4）;
voidS5（）
V（f5）;
voidS6（）
P（f3）;
V（f6）;
voidS7（）
P（f4）;
P（f5）;
P（f6）;
……}
（b）另一种做法：
设7个同步信号量f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8分别表示进程S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8是否可以开始执行，其初值均为0。
semaphoref2=f3=f4=f5=f6=f7=f8=0；
主程序:
略（类似a）
这8个进程的语句形式如下:
V（f7）;
V（f8）;
P（f7）;
voidS8（）
P（f8）;
5.12在生产者一消费者问题中，如果缺少了V（full）或V（empty），对执行结果会有何影响?
生产者可以不断地往缓冲池送消息，如果缓冲池满，会覆盖原有数据，造成数据混乱。
而消费者始终因P（full）操作将消费进程直接送入进程链表进行等待，无法访问缓冲池，造成无限等待。
5.13在生产者一消费者问题中，如果将两个P操作即P（full）和P（mutex）互换位置;
或者是将V（full）和V（mutex）互换位置，结果会如何？
a.容易造成死锁。
b．从逻辑上来说应该是一样的。
5.14画图说明管程由哪几部分组成?
为什么要引入条件变量?
图略。
因为调用wait原语后，使进程等待的原因有多种，为了区别它们，引入了条件变量。
5.15设S1和S2为两个信号灯变量，下列八组P、V操作哪些可以同时进行?
哪些不能同时进行?
为什么?
（1）P（S1），P（S2）
（2）P（S1），V（S2）
（3）V（S1），P（S2）（4）V（S1），V（S2）
（5）P（S1），P（S1）（6）P（S2），V（S2）
（7）V（S1），P（S1）（8）V（S2），V（S2）
能同时进行的包括：
（1）、
（2）、（3）、（4）。
这些操作涉及不同信号量，属于关于不同组共享变量的临界区。
不能同时进行的包括：
（5）、（6）、（7）、（8）。
这些操作涉及相同的信号量，属于关于同一组共享变量的临界区。
5.16对于生产者—消费者问题，假设缓冲区是无界的，试用信号灯与PV操作给出解法。
由于是无界缓冲区，所以生产者不会因得不到缓冲区而被阻塞，不需要对空缓冲区进行管理，可以去掉在有界缓冲区中用来管理空缓冲区的信号量及其PV操作。
Semaphoremutex_in=1;
Semaphoremutex_out=1;
Semaphoreempty=0;
intin=0,out=0;
生产者活动：
while
（1）{
producenextproduct;
P（mutex_in）;
Addtheproducttobuffer[in];
in++;
V（mutex_in）;
V（empty）;
消费者活动：
P（empty）;
P（mutex_out）;
Taketheproductfrombuffer[out];
out++;
V（mutex_out）;
5.17试用信号灯与PV操作实现司机与售票员之间的同步问题。
设公共汽车上有一个司机和一个售票员，其活动如下图所示.
司机的活动P1：
While
（1）
{启动车辆；
正常行车；
到站停车；
售票员的活动P2：
{关车门；
售票；
开车门；
为了安全起见，显然要求:
（1）关车门后方能启动车辆；
（2）到站停车后方能开车门。
定义两个信号量，一个信号量start表示是否允许司机启动车辆，另一个信号量open表示是否允许售票员开车门。
初始状态是车停在始发站，车门开着，等待乘客上车。
因此，两个信号量的初值都是0。
semaphorestart=0;
semaphoreopen=0;
司机的活动P1:
while
（1）
{P（start）;
启动车辆;
正常行车;
到站停车;
V（open）;
售票员的活动P2:
while
（1）
{关车门;
V（start）;
售票;
P（open）;
开车门;
5.18考虑一个理发店，只有一个理发师，只有N张可供顾客等待理发的椅子，如果没有顾客，则理发师睡觉；
如果有一顾客进入理发店发现理发师在睡觉，则把他叫醒，试用信号量设计一个协调理发师和顾客的程序。
题目中要求描述理发师和顾客的行为，因此需要两类进程Barber（）和Customer（）分别描述理发师和顾客的行为。
当理发师睡觉时顾客进来需要唤醒理发师为其理发，当有顾客时理发师为其理发，没有的时候理发师睡觉，因此理发师和顾客之间是同步的关系，由于每次理发师只能为一个人理发，且可供等侯的椅子有限只有n个，即理发师和椅子是临界资源，所以顾客之间是互斥的关系。
引入3个信号量和一个控制变量：
1）控制变量waiting记录等候理发的顾客数，初值均为0;
2）信号量customers记录等候理发的顾客数，并用作阻塞理发师进程，初值为0;
3）信号量barbers记录正在等候顾客的理发师数，并用作阻塞顾客进程，初值为0;
4）信号量mutex用于互斥，初值为1.
PV操作代码如下:
intwaiting=0；
//等候理发的顾客数
intchairs=n；
//为顾客准备的椅子数
semaphorecustomers=0,barbers=0,mutex=1;
barber（）
{
while（TRUE）;
//理完一人,还有顾客吗?
P（cutomers）;
//若无顾客,理发师睡眠
P（mutex）;
//进程互斥
waiting=waiting-1;
//等候顾客数少一个
V（barbers）;
//理发师去为一个顾客理发
V（mutex）;
//开放临界区
cut-hair（）;
//正在理发
customer（）
{
P（mutex）;
//进程互斥
if（waiting<
chairs）
{waiting=waiting+1;
//等候顾客数加1
V（customers）;
//必要的话唤醒理发师
V（mutex）;
P（barbers）;
//无理发师,顾客坐着养神
get-haircut（）;
//一个顾客坐下理发/
}
else
//人满了,走吧!
5.19进程之间有哪些基本的通信方式？
它们分别有什么特点？
适用于哪些场合？
进程通信根据交换信息量的多少分为高级通信和低级通信。
低级通信一般只传送一个或几个字节的信息，以达到控制进程执行速度的作用（如PV操作）；
高级通信则要传送大量数据，目的不是为了控制进程的执行速度，而是为了交换信息。
高级进程通信方式有很多种，大致可归并为三类：
共享存储器、管道文件和消息传递。
共享存储器：
在内存种分配一片空间作为共享存储区。
需要进行通信的进程把它附加到自己的地址空间中，不需要时则把它取消。
管道文件：
它是连接两个命令的一个打开文件。
一个命令向该文件中写入数据，为写者；
另一个命令从该文件中读出数据，为读者。
消息传递：
它以消息为单位在进程间进行数据交换。
5.20试比较进程间的低级通信工具与高级通信工具。
用户用低级通信工具实现进程通信很不方便，因为其效率低，通信对用户不透明，所有的操作都必须由程序员来实现。
而高级通信工具则可弥补这些缺陷，用户可直接利用操作系统所提供的一组通信命令，高效地传送大量的数据。
5.21试用信箱通信方式解决生产者－消费者问题。
在本题解决方案中，使用了两个信箱mayproduce和mayconsume，两个信箱的大小均为N，即其中最多可以存放N条消息。
当生产者生产了数据时，它将数据作为消息发送到信箱mayconsume，只要该信箱中有一条消息，消费者就可以开始消费。
信箱mayproduce最初填满了空消息，空消息的条数等于信箱的容量与mayconsume信箱中消息条数之差（其作用类似于用信号量机制解决生产者一消费者问题中的empty）。
当生产者向消费者发送一条消息时，mayproduce信箱中的消息条数减少，mayconsume信箱中的消息条数增加；
当消费者接收一条消息时，mayconsume信箱中的消息条数减少，而mayproduce信箱中的消息条数增加。
系统中的消息总条数保持不变。
constintcapacity=N;
/*N为信箱容量*/
null=...;
/*这里“...”为空消息*/
inti;
main（）/*主程序*/
create_mailbox（mayproduce）;
/*创建信箱mayproduce*/
create_mailbox（mayconsume）;
for（i=1;
i<
=capacity;
i++）
send（mayproduce,null）;
cobegin
producer（）;
consumer（）;
coend
}
producer（）/*生产者进程*/
messagepmsg;
/*message为消息类型*/
while（true）
receive（mayproduce,pmsg）;
/*等待空消息*/
pmsg=produce（）;
/*生产一条消息*/
send（mayconsume,pmsg）;
consumer（）/*消费者进程*/
messagecmsg;
receive（mayconsume,cmsg）;
consume（cmsg）;
/*取出一条消息供消费*/
5.22在消息传递通信方式下：
（1）发送进程和接收进程在通信过程中可以采用哪3种同步方式?
（2）试以下面给出的发送进程和接收进程（将接收到的数据存入S）为例，说明当接收进程执行到标号为L2的语句时，采用这3种同步方式，X的值可能各是多少?
发送进程P：
M=10；
L1：
sendMTOQ；
L2：
M=20；
GotoLl；
接收进程Q：
S=-100；
receiveSfromP；
X=S+1；
（1）发送进程阻塞，接收进程阻塞。
发送进程不阻塞，接收进程阻塞。
发送进程不阻塞，接收进程也不阻塞。
（2）在第1种同步方式下，无论进程P还是Q都必须等到对方执行完标号为L1的语句后才可往下执行，S的值一定为M的初值10，所以X只能为11。
在第2种同步方式下，如果进程P先执行到标号为L1的语句，由于无需阻塞，仍可往下执行，而进程Q在执行到标号为L1的语句时，可能进程P尚未来得及向Q发出第2条消息，也可能进程P已经向Q发出了多条消息。
在前一种情况下，S的值为10；
在后一种情况下，S的值为20，故X的值可能为11或21。
在第3种同步方式下，如果进程P先执行到标号为L1的语句，由于无需阻塞，仍可往下执行，而进程Q在执行到标号为L1的语句时，可能进程P尚未来得及向Q发出第1条消息，也可能进程P已经向Q发出了一条或多条消息。
在前一种情况下，S的值为—100；
在中间一种情况下，S的值为10；
在后一种情况下，S的值为20。
故X的值可能为-99、11或21。
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