操作系统PV原语.docx

操作系统PV原语.docx

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操作系统PV原语

P（sem）的意思是sem-=1;如果此时sem>=0，说明本次资源请求可以满足，p操作可以返回，执行该进程下面的语句；如果此时sem<0，说明本次资源请求不能满足，进入等待队列，然后转进程调度执行其他进程。

V（sem）的意思是sem+=1；如果此时sem>0，说明没有其他进程在等待该资源，v操作可以返回；如果sem<=0，说明未加1前sem<0，即有其他进程在等待这个刚刚释放的资源，于激活等待队列里一个等待该资源的进程，然后v操作也返回。

Sem>=0时表示剩余资源的数量，Sem<0时表示等待该资源的进程的个数。

注意信号量只能放在P或V操作中，用于加减或其他操作都是错误的，另外对同一信号量，P、V操作次数要相等。

1．p1—p6是并发进程，关系如图

完整C语言代码

信号量fi表示Pi已完成，初始值都是0（表示均未完成）

Semaphoref1=0,f2=0,f3=0,f4=0,f5=0,f6=0;

main（）

{

cobegin

p1（）;

p2（）;

p3（）;

p4（）;

p5（）;

p6（）;

coend

}

P1（）

{

其他语句;

V（f1）;

}

P2（）

{

P（f1）;

其他语句;

V（f1）;

V（f2）;

}

P3（）

{

P（f1）;

其他语句;

V（f1）;

V（f3）;

}

P4（）

{

P（f2）;

其他语句;

V（f2）;

V（f4）;

}

P5（）

{

P（f2）;

其他语句;

V（f2）;

V（f5）;

}

P6（）

{

P（f3）;

P（f4）;

P（f5）;

其他语句;

V（f3）;

V（f4）;

V（f5）;

V（f6）;

}

本题写的是完整代码，多数情况下只需要写过程，过程多数属于循环动作，采用死循环。

P、V操作主要用于互斥和同步。

互斥属于间接制约，受资源数量限制；同步属于直接制约，用于控制各过程的前后次序。

2.生产者-消费者问题

一个生产者和一个消费者之间只有同步关系，多个生产者之间还需要用到互斥，多个消费者之间也需要用到互斥

代码如下

存在空单元才可以生产（有地方存），存在满单元才可以消费（有库存取）。

信号量avail代表缓冲区中空单元数量，初值可设为n;full表示满单元数量,初值可设为0;mutex用于互斥，初值为1。

生产者过程

Deposit（）:

Begin

P（avail）

P（mutex）

送数据入缓冲区某单元

V（mutex）

V（full）

end

消费者过程

remove（）:

Begin

P（full）

P（mutex）

取缓冲区某单元数据

V（mutex）

V（avail）

end

这两个过程在这里只执行了一次，也可以视题意放在死循环里（多数情况是循环生产和消费）。

另外要注意P操作要考虑次序，用于互斥的P操作多数情况下放后面（不绝对，要自己分析）。

本题中若颠倒次序，会发生死锁（消费者先抢到mutex资源，却没有满单元，生产者虽然有空单元，但却卡在前面对mutex的请求上）

3.读写者问题

多个进程可以同时读某数据（此时不可写），只允许一个进程写数据（此时不可读）。

代码如下：

rc是全局变量，代表读者人数，初值为0；db是信号量，代表允许写，初值为1（只允许1个人写）；mutex是信号量，对全局变量要互斥操作，因此使用mutex，初值为1；读者人数达到1就不可写，读者人数为0时可写。

reader（）:

begin

L1:

P（mutex）

rc=rc+1

if（rc==1）thenp（db）

v（mutex）

读操作

P（mutex）

rc=rc-1

if（rc==0）thenv（db）

v（mutex）

GotoL1

end

writer（）:

begin

L2:

P（db）

写操作

V（db）

GotoL2

end

以上代码中，如果一直有人在读，那么写永远没有机会，因此可以增加一个信号量w，初始值为1，代表允许新读者进入，这样当有人想执行写时，就不再允许新读者进入，旧读者总有读完离开的时候，这样写就有机会得到执行。

代码如下

reader（）:

begin

L1:

P（w）

P（mutex）

rc=rc+1

if（rc==1）thenp（db）

v（mutex）

v（w）

读操作

P（mutex）

rc=rc-1

if（rc==0）thenv（db）

v（mutex）

GotoL1

end

writer（）:

begin

L2:

P（w）

P（db）

写操作

V（db）

V（w）

GotoL2

end

4.哲学家用餐问题

五个哲学家围成一圈，五根筷子放在每人两侧，拿到两根筷子的可以用餐，没拿到足够筷子的只能等别人吃完放下筷子才能得到足够的筷子。

如果不考虑死锁，每个哲学家的用餐过程如下（i表示哲学家的号码（0-4），左手边筷子号为i，右手边筷子号为（i+1）%5，每个筷子都是资源，用信号量表示），i表示哲学家序号，则每人代码如下

pp（i）

begin

p（stick[i]）//拿左边筷子

p（stick[（i+1）%5]）//拿右边筷子

用餐

V（stick[i]）

V（stick[（i+1）%5]）

End

根据实际情况，吃饭过程可以不用死循环。

如果程序写成这样，则存在每个人都拿到左边筷子的死锁情况，预防死锁只要破坏以下4条中的1条:

1.互斥2.允许部分分配3.不剥夺4.循环等待

给资源分先后等级（必须先取得等级高的资源，才能去申请下一等级资源），就可以破坏循环等待条件，从而避免死锁。

本题可以让偶数号码的哲学家先申请左手筷子，再申请右手筷子；让奇数号码的哲学家先申请右手筷子，再申请左手筷子。

这样五跟筷子中的0,2,4成了五个人第一步抢夺的筷子，抢到者才能继续申请1,3，把筷子分成两个等级，从而避免了死锁

代码如下

pp（i）

begin

if（imod2==0）thenbegin

p（stick[i]）//拿左边筷子

p（stick[（i+1）%5]）//拿右边筷子

end

else

begin

p（stick[（i+1）%5]）//拿右边筷子

p（stick[i]）//拿左边筷子

end

用餐

V（stick[i]）

V（stick[（i+1）%5]）

End

5.理发师问题

理发馆有1把理发用的椅子，5把等待座椅，顾客进来后如果没人就坐到理发椅上，有人正在理发就坐到等待椅上，如果等待椅也满了就直接离开。

理发师看到理发椅上坐了人就理发，顾客理发完毕就离开。

描述理发师和顾客的行为。

分析顾客和理发师的行为

顾客：

理发师：

（属于循环动作）

顾客数>=6则离开

否则顾客数+1

申请等待椅

申请理发椅

释放等待椅

发现有人坐到理发椅并准备好，就开始理发，告知理发完毕

释放理发椅

离开（顾客数-1）

定义全局变量waiting，用于统计顾客人数，初值为0；定义信号量mutex，对waiting进行操作时起互斥作用，初值为1；定义信号量bchair表示理发椅个数，初值为1；定义信号量wchair表示等待椅个数，初值为5；定义信号量ready表示顾客坐到理发椅后准备好理发，初值为0；定义信号量finish表示理发完毕，初值为0。

Barber（）：

Begin

L1:

P（ready）

理发

V（finish）

GotoL1

End

Customers（）：

Begin

L1:

//这里用死循环表示不断有顾客来

P（mutex）

If（waiting<6）thenbegin

Waiting+=1

V（mutex）

Elsebegin

V（mutex）

Return//（离开）

End

P（wchair）//申请等待椅

P（bchair）//申请理发椅

V（wchair）//申请到理发椅后释放等待椅

V（ready）//向理发师发出准备好信号

P（finish）//收到理发师理发完毕信号

V（bchair）//释放理发椅

P（mutex）

Waiting-=1

V（mutex）

Return//（离开）

GotoL1

End

7.P1、P2、P3互斥使用一个N单元的缓冲区，P1用produce（）生成一个正整数，用put（x）把该数放入缓冲区某一空单元；P2用getodd（）从缓冲区取出一个奇数，用countodd（）统计奇数个数；P3用geteven（）从缓冲区取出一个偶数，用counteven（）统计偶数个数，写出P1、P2、P3。

P1、P2、P3显然和生产者-消费者问题类似，有一个生产者，两个消费者，消费产品的类型不同，因此生产时也要区分产品类型，并且这3个进程可以写成死循环。

定义信号量empty，表示空单元个数，初值为N；定义信号量odd表示放奇数单元的个数，初值为0；定义信号量even表示放偶数单元的个数，初值为0；定义信号量mutex，用于实现缓冲区互斥，初值为1。

P1（）:

Begin

L1:

x=produce（）

p（empty）

p（mutex）

put（）

v（mutex）

ifx%2=1thenv（odd）

elsev（even）

gotoL1

end

P2（）:

Begin

L2:

P（odd）

P（mutex）

Getodd（）

v（mutex）

v（empty）

countodd（）

gotoL2

end

P3（）:

Begin

L3:

P（even）

P（mutex）

Geteven（）

v（mutex）

v（empty）

counteven（）

gotoL3

end

8.过桥者问题，

同方向可上桥，桥上最多可容纳3个人。

过桥问题类似读写者问题，读写者是一方为多个读者，一方为一个写者，而过桥问题相当于把读者分两组，同组的可进入同时阅读。

定义全局变量easten,westen分别表示桥上从东往西和从西往东的人数，初值为0；定义信号量meast,mwest分别用于桥东头和桥西头用于统计人数时进行互斥，初值均为1；桥上无人时两边不能同时上桥，因此定义信号量wait，用于互斥，初值为1；定义信号量count，用于限制桥上人数，初值为3。

以下为桥两端每个过桥者行为的代码：

easttowest（）:

begin

P（wait）

P（meast）

easten=easten+1

if（easten==1）thenp（mwest）//桥上只要有一个从东往西的，则禁止西桥头的人上桥

v（meast）

v（wait）

p（count）

东->西

V（count）

P（meast）

easten=easten-1

if（easten==0）thenv（mwest）//桥上没有从东往西的人，则允许西桥头的人上桥

v（meast）

end

另一端程序如下，与之类似

westtoeast（）:

begin

P（wait）

P（mwest）

westen=westen+1

if（westen==1）thenp（meast）

v（mwest）

v（wait）

p（count）

西->东

v（count）

P（mwest