习题解答第4章Word文件下载.docx
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(1)用PV操作管理这些并发进程时,应怎样定义信号量,写出信号量的初值以及信号量各种取值的含义。
(2)根据所定义的信号量,把应执行的PV操作填入适当,以保证进程能够正确地并发执行。
COBEGIN PROCESS PI(I=1,2,……)
begin ;
进入售票厅;
购票;
退出;
end;
COEND
(3)若欲购票者最多为n个人,写出信号量可能的变化范围(最大值和最小值)。
.
(1)定义一信号量S,初始值为20。
意义:
S>
0 S的值表示可继续进入售 票厅的人数
S=0 表示售票厅中已有20名顾 客(购票者)
S<
0 |S|的值为等待进入售票 厅的人数
(2)P(S)
进入售票厅;
V(S)
(3)S的最大值为20
S的最小值为20-n
注:
信号量的符号可不同(如写成t),但使用时应一致(即上述的s全应改成t)。
7、假定系统有三个并发进程read,move和print共享缓冲器B1和B2。
进程read负责从输入设备上读信息,每读出一个记录后把它存放到缓冲器B1中。
进程move从缓冲器B1中取出一记录,加工后存入缓冲器B2。
进程print将B2中的记录取出打印输出。
缓冲器B1和B2每次只能存放一个记录。
要求三个进程协调完成任务,使打印出来的与读入的记录的个数,次序完全一样。
请用PV操作,写出它们的并发程序。
beginSR,SM1,SM2,SP:
semaphore;
B1,B2:
record;
SR:
=1;
SM1:
=0;
SM2:
SP:
=0
cobegin
processread
X:
beginR:
(接收来自输入设备上一个记录)
=接收的一个记录;
P(SR);
B1:
=X;
V(SM1);
gotoR;
end;
Processmove
Y:
begin
M:
P(SM1);
=B1;
V(SR)
加工Y
P(SM2);
B2:
=Y;
V(SP);
gotoM;
Processprint
Z:
P:
P(SP);
=B2;
V(SM2)
打印Z
gotoP;
coend;
8、某系统中有10台打印机,有三个进程P1,P2,P3分别需要8台,7台和4台。
若P1,P2,P3已申请到4台,2台和2台。
试问:
按银行家算法能安全分配吗?
请说明分配过程。
系统能为进程P3分配二台打印机。
因为尽管此时10台打印机已分配给进程P14台,P22台和P34台,全部分配完,但P3已分配到所需要的全部4台打印机,它不会对打印机再提出申请,所以它能顺利运行下去,能释放占用的4台打印机,使进程P1,P2均可能获得乘余的要求4台和5台,按银行家算法是安全的。
9、有两个用户进程A和B,在运行过程中都要使用系统中的一台打印机输出计算结果。
(1)
试说明A、B两进程之间存在什么样的制约关系?
(2)
为保证这两个进程能正确地打印出各自的结果,请用信号量和P、V操作写出各自的有关申请、使用打印机的代码。
要求给出信号量的含义和初值。
(1)A、B两进程之间存在互斥的制约关系。
因为打印机属于临界资源,必须一个进程使用完之后另一个进程才能使用。
(2)mutex:
用于互斥的信号量,初值为1。
进程A进程B
......
P(mutex)P(mutex)
申请打印机申请打印机
使用打印机使用打印机
V(mutex)V(mutex)
试以生产者—消费者问题说明进程同步问题的实质。
一个生产者,一个消费者和一个产品之间关系是典型的进程同步问题。
设信号量S为仓库内产品,P-V操作配对进行缺一不可。
生产者进程将产品放人仓库后通知消费者可用;
消费者进程在得知仓库有产品时取走,然后告诉生产者可继续生产。
10、请描述产生死锁的四个必要条件。
互斥使用(资源独占)一个资源每次只能给一个进程使用
不可强占(不可剥夺)资源申请者不能强行的从资源占有者手中夺取资源,资源只能由占有者自愿释放
请求和保持(部分分配,占有申请)-一个进程在申请新的资源的同时保持对原有资源的占有(只有这样才是动态申请,动态分配)
循环等待-存在一个进程等待队列{P1,P2,…,Pn},其中P1等待P2占有的资源,P2等待P3占有的资源,…,Pn等待P1占有的资源,形成一个进程等待环路
11、两个并发执行的进程A和B的程序如下:
进程A
Repeat
N=N+5;
Untilfalse;
进程B
打印N的值;
N=0;
其中N为整数,初值为4。
若进程A先执行了三个循环后,进程A和进程B又并发执行了一个循环,写出可能出现的打印值。
正确的打印值应该是多少?
请用P、V操作进行管理,使进程A和B并发执行时不会出现与时间有关的错误。
因为N初值为4,若进程A先执行了三个循环,此时N的值为19。
当进程A和进程B并发执行时可能会有如下两种执行次序,即进程A先执行一次循环,然后再进程B执行一次循环,此时打印的是正确值24,执行后N中的值为0。
但若进程B先执行一次循环,然后再进程A执行一次循环,则打印的值是19,执行后N中的值是5。
这是错误的,即发生了与时间有关的错误。
用P、V操作进行管理,使进程A和B并发时不会出现与时间有关的错误的程序如下:
(S为互斥信号量,初值为1),
P(S);
V(S);
12、四个进程P0,P1,P2,P3和四个信箱M0,M1,M2,M3进程间借助相邻的信箱传递消息:
每次从中取出一条消息,经加工送入中。
其中M0,M1,M2,M3分别设有3,3,2,2个格子,每个格子放一条消息,初始时,M0装满了三条消息,其余为空。
写出使用信号量实现进程(i=0,1,2,3)同步及互斥的流程。
mutex0~mutex3:
分别用于控制互斥访问M0~M3,初值为1。
full0~full3:
分别用于控制同步访问M0~M3,其中full0初值为3,full1~full3初值为0,表示信箱中消息条数。
empty0~empty3:
分别用于同步控制对M0~M3的访问。
Empty0初值为0,empty2~empty3初值为2,empty1初值为3,分别用于表示信箱中空格子个数。
另用send(Mi,message)表示将消息送到(Mimod4)号信箱中;
而用receive(Mi,message)表示接收已存在于(Mimod4)中的消息。
则使用信号量实现进程Pi(i=0,1,2,3)同步及互斥的流程如下:
mutex0,mutex1,mutex2,mutex3:
semaphore;
full0,full1,full2,full3:
empty0,empty1,empty2,empty3:
begin
mutex0:
=1;
mutex1:
mutex2:
mutex:
full0:
=3;
full1:
=0;
full2:
full3:
=0;
empty0:
empty1:
empty2:
=2;
empty3:
Parbegin
P0:
repeat
P(mutex0);
P(full0);
Receive(M0,message);
V(empty0);
Processingthemessageuntilfinished;
P(mutex1);
P(empty1);
Send(M1,message);
V(full1);
V(mutex1);
Untilfalse;
…
end;
P1:
{可类似于P0实现之};
P2:
P3:
Parend;
End;
13、设系统中仅有一类数量为M的独占型资源,系统中N个进程竞争该类资源,其中各进程对该类资源的最大需求量为W。
当M、N、W分别取下列值时,试判断哪些情况会发生死锁?
为什么?
①
M=2,N=2,W=1
②M=3,N=2,W=2
③M=3,N=2,W=3
④M=5,N=3,W=2⑤M=6,N=3,W=3
③可能会发生死锁。
只要一个进程占用了少于3个独占型资源而另一个进程占用了其余的独占型资源,两个进程都会相互处于等待对方进程释放资源的状态。
⑤也可能会发生死锁。
当每个进程都分配了两个资源时,3个进程都会彼此等待。
14、假定具有5个进程的进程集合P={P0,P1,P2,P3,P4},系统中有三类资源A,B和C。
其中A类资源有10个,B类资源有5个,C类资源有7个。
假定在某时刻有如下状态:
Allocation
Max
Available
A
B
C
B
C
P0
0
1
0
7
5
3
3
2
P1
2
3
2
P2
9
2
P3
1
P4
4
3
试给出Need,并说明当前系统是否处于安全状态,如果是,给出安全序列。
如果不是,说明理由。
当前系统处于安全状态,安全序列如下求解:
work=Available=(3,3,2)
寻找 Needj<
=
work
(3,3,2)(
j
=0,1,2,3,4)
j=1
Need1=(1,2,2)<
=
(3,3,2)
work:
(3,3,2)+(2,0,0)=
(5,3,2)
(5,3,2)(
=0,2,3,4)
j=3
Need3=(0,1,1)<
(5,3,2)+(2,1,1)=(7,4,3)
(7,4,3)(j=0,2
4)
j=4
Need4=(4,3,1)<
(7,4,3)
(7,4,3)+(0,0,2)=(7,4,5)
(7,4,5)(j=0,2)
j=2
Need2=
(6,0,0)<
(7,4,5)
(7,4,5)+(3,0,2)=
(10,4,7)
(10,4,7)(j=0)
j=0
(10,4,7)+(0,1,0)=(10,5,7)
所以安全序列为<P1,P3,P4,P2,P0>(不止一个)。
例如:
<P1,P3,(P4,P2,P0)>、<P1,P4,(P4,P2,P3)>、<P3,P1,(P4,P2,P0)>
15、有一阅览室,读者进入时必须先在一张登记表上登记。
该表中每个表项代表阅览室中的一个座位。
读者离开时要消掉其登记信息。
阅览室共有50个座位。
登记表每次仅允许一位读者进行登记或注销。
读者登记时,发现登记表满,他在阅览室外等待,直至有空位再登记进入。
试用类Pascal语言和P、V操作,描述读者行为。
Begin{initialvalueofSis50}
Begin{register}
P(S);
Registerandenterintothereadingroom;
Begin{leaveoff}
Registeroffandleave;
V(S);
End;
16、考虑一个共有150个存储单元的系统,如下分配给三个进程,P1最大需求70,己占有25;
P2最大需求60,己占有40;
P3最大需求60,己占有45。
使用银行家算法,以确定下面的任何一个请求是否安全。
(1)P4进程到达,P4最大需求60,最初请求25个。
(2)P4进程到达,P4最大需求60,最初请求35。
如果安全,找出所有的安全序列;
如果不安全,给出结果分配情况。
(1)由于系统目前还有150-25-40-45=40个单元,P4进程到达,把25个单元分给它。
这时系统还余15个单元,可把15个单元分给P3,它执行完后会释放60个单元。
于是可供P1(还要45个单元),P2(还要20个单元),P4(还要35个单元)任何一个执行。
安全序列为:
P1,P2,P3,P4,P3,P1,P2,P4
P1,P2,P3,P4,P3,P1,P4,P2
P1,P2,P3,P4,P3,P2,P1,P4
P1,P2,P3,P4,P3,P2,P4,P1
P1,P2,P3,P4,P3,P4,P1,P2
P1,P2,P3,P4,P3,P4,P2,P1
(2)P4进程到达,P4最大需求60,最初请求35。
如果把35个单元分给P4,系统还余5个单元,不再能满足任何一个进程的需求,系统进入不安全状态。
17、在一个盒子里,混装了数量相等的黑白围棋子。
现在用自动分拣系统把黑子、白子分开,设分拣系统有二个进程P1和P2,其中P1拣白子;
P2拣黑子。
规定每个进程每次拣一子;
当一个进程在拣时,不允许另一个进程去拣;
当一个进程拣了一子时,必须让另一个进程去拣。
试写出两进程P1和P2能并发正确执行的程序。
实质上是两个进程的同步问题,设信号量S1和S2分别表示可拣白子和黑子,不失一般性,若令先拣白子。
varS1,S2:
S1:
S2:
{
processP1
begin
repeat
P(S1);
拣白子
V(S2);
untilfalse;
end
processP2
P(S2);
拣黑子
V(S1);
}
coend.
18、系统有A、B、C、D共4种资源,在某时刻进程P0、P1、P2、P3和P4对资源的占有和需求情况如表,试解答下列问题:
Process
Allocation
Claim
ABCD
ABCD
P0
0032
0044
1622
P1
1000
2750
P2
1354
361010
P3
0332
0984
P4
0014
06610
(1)系统此时处于安全状态吗?
(2)若此时P2发出request1(1、2、2、2),系统能分配资源给它吗?
(1)系统处于安全状态,存在安全序列:
P0,P3,P4,P1,P2
P0,P3,P1,P4,P2
P0,P3,P1,P2,P4
(2)不能分配,否则系统会处于不安全状态。
19、假设有32个存储区域,其编号为0,1,…,31,用一个32位的标志字,位号也是0,1,…31,分别描述32个存储区域使用状态:
当某一位为1时,表示对应存储区域已分配,若为0,表示对应存储区域空闲。
get进程:
负责存储区域分配,每次分配一个区域,找出标志字某为0的位置成1。
put进程:
负责存储区域回收,把回收存储区域标志字对应位清成0。
要求:
(1)分析get进程与put进程的具体同步关系。
get进程分配完32.个存储区域后,再执行分配时必须等待put进程回收区域,而put进程无须等待分配进程get;
get与put共享32位的标志字,它们必须互斥访问
(2)采用PV操作同步工具,写出get进程与put进程的同步算法(可用流程图描述,但信号量名称、作用、初值必须说明。
)
mutex是互斥信号量,初值是1,对32位标志字进行保护;
S是标志字的同步信号量,初值为32,表示系统开始时32个区域均空闲,可供分配。