CH3应用题参考答案.docx
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CH3应用题参考答案
CH3应用题参考答案
1有三个并发进程：
R负责从输入设备读入信息块，M负责对信息块加工处理；P负责打印输出信息块。
今提供；
1）一个缓冲区，可放置K个信息块；
2）二个缓冲区，每个可放置K个信息块；
试用信号量和P、V操作写出三个进程正确工作的流程。
答：
1）varB:
array[0,k-1]ofitem;
sread:
semaphore:
=k;
smanage:
semaphore:
=0;
swrite:
semaphore:
=0;
rptr:
integer:
=0;
mptr:
integer:
=0;
wptr:
integer:
=0;
x:
item
cobegin
processreader;
begin
L1:
readamessageintox;
P（sread）;
B[rptr]:
=x;
rptr:
=（rptr+1）modk;
V（smanage）;
gotoL1;
end;
processmanager;
begin
L2:
P（smanage）;
x:
=B[mptr];
mptr:
=（mptr+1）modk;
managethemessageinx;
B[mptr]:
=x;
V（swrite）;
gotoL2;
end;
processwriter;
begin
L3:
P（swrite）;
x:
=B[wptr];
wptr:
=（wptr+1）modk;
V（sread）;
Printthemessageinx;
gotoL3;
end;
coend
2）varA,B:
array[0,k-1]ofitem;
sput1:
semaphore:
=k;
sput2:
semaphore:
=k;
sget1:
semaphore:
=0;
sget2:
semaphore:
=0;
put1:
integer:
=0;
put2:
integer:
=0;
get1:
integer:
=0;
get2:
integer:
=0;
cobegin
processreader;
begin
L1:
readamessageintox;
P（sput1）;
A[put1]:
=x;
put1:
=（put1+1）modk;
V（sget1）;
GotoL1;
end;
processmanager;
begin
L2:
P（sget1）;
x:
=A[get1];
get1:
=（get1+1）modk;
V（sput1）;
Managethemessageintox;
P（sput2）;
B[put2]:
=x;
put2:
=（put2+1）modk;
V（sget2）;
GotoL2;
end;
processwriter;
begin
L3:
P（sget2）;
x:
=B[get2];
get2:
=（get2+1）modk;
V（sput2）;
Printthemessageinx;
GotoL3;
end;
coend
2设有n个进程共享一个互斥段，如果：
（1）每次只允许一个进程进入互斥段；
（2）每次最多允许m个进程（m≤n）同时进入互斥段。
试问：
所采用的信号量初值是否相同？
信号量值的变化范围如何？
答：
所采用的互斥信号量初值不同。
1）互斥信号量初值为1，变化范围为[-n+1，1]。
当没有进程进入互斥段时，信号量值为1；当有1个进程进入互斥段但没有进程等待进入互斥段时，信号量值为0；当有1个进程进入互斥段且有一个进程等待进入互斥段时，信号量值为-1；最多可能有n-1个进程等待进入互斥段，故此时信号量的值应为-（n-1）也就是-n+1。
2）互斥信号量初值为m，变化范围为[-n+m，m]。
当没有进程进入互斥段时，信号量值为m；当有1个进程进入互斥段但没有进程等待进入互斥段时，信号量值为m-1；当有m个进程进入互斥段且没有一个进程等待进入互斥段时，信号量值为0；当有m个进程进入互斥段且有一个进程等待进入互斥段时，信号量值为-1；最多可能有n-m个进程等待进入互斥段，故此时信号量的值应为-（n-m）也就是-n+m。
3有两个优先级相同的进程P1和P2，各自执行的操作如下，信号量S1和S2初值均为0。
试问P1、P2并发执行后，x、y、z的值各为多少？
P1：
P2：
beginbegin
y:
=1;x:
=1;
y:
=y+3;x:
=x+5;
V（S1）;P（S1）;
z:
=y+1;x:
=x+y;
P（S2）;V（S2）;
y:
=z+yz:
=z+x;
end.end.
答：
现对进程语句进行编号，以方便描述。
P1：
P2：
beginbegin
y:
=1;①x:
=1;⑤
y:
=y+3;②x:
=x+5;⑥
V（S1）;P（S1）;
z:
=y+1;③x:
=x+y;⑦
P（S2）;V（S2）;
y:
=z+y④z:
=z+x;⑧
end.end.
①、②、⑤和⑥是不相交语句，可以任何次序交错执行，而结果是唯一的。
接着无论系统如何调度进程并发执行，当执行到语句⑦时，可以得到x=10，y=4。
按Bernstein条件，语句③的执行结果不受语句⑦的影响，故语句③执行后得到z=5。
最后，语句④和⑧并发执行，最后结果为：
语句④先执行：
x=10，y=9，z=15。
语句⑧先执行：
x=10，y=19，z=15。
4有一阅览室，读者进入时必须先在一张登记表上登记，该表为每一座位列出一个表目，包括座号、姓名，读者离开时要注销登记信息；假如阅览室共有100个座位。
试用：
1）信号量和P、V操作；2）管程，来实现用户进程的同步算法。
答：
1）使用信号量和P、V操作：
varname:
array[1..100]ofA;
A=record
number:
integer;
name:
string;
end
fori:
=1to100do{A[i].number:
=i;A[i].name:
=null;}
mutex,seatcount:
semaphore;
i:
integer;mutex:
=1;seatcount:
=100;
cobegin
{
processreaderi（varreadername:
string）（i=1,2,…）
{
P（seatcount）;
P（mutex）;
fori:
=1to100doi++
ifA[i].name=nullthenA[i].name:
=readername;
readergettheseatnumber=i;/*A[i].number
V（mutex）
进入阅览室，座位号i，座下读书;
P（mutex）;
A[i]name:
=null;
V（mutex）;
V（seatcount）;
离开阅览室;
}
}
coend.
5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。
答：
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:
semaphore;
S1:
=1;S2:
=0;
cobegin
{
processP1
begin
repeat
P（S1）;
拣白子
V（S2）;
untilfalse;
end
processP2
begin
repeat
P（S2）;
拣黑子
V（S1）;
untilfalse;
end
}
coend.
6设公共汽车上，司机和售票员的活动分别如下：
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？
用信号量和P、V操作实现它们的同步。
答：
在汽车行驶过程中，司机活动与售票员活动之间的同步关系为：
售票员关车门后，向司机发开车信号，司机接到开车信号后启动车辆，在汽车正常行驶过程中售票员售票，到站时司机停车，售票员在车停后开门让乘客上下车。
因此，司机启动车辆的动作必须与售票员关车门的动作取得同步；售票员开车门的动作也必须与司机停车取得同步。
应设置两个信号量：
s1、s2；s1表示是否允许司机启动汽车（其初值为0）；s2表示是否允许售票员开门（其初值为0）。
用P、V原语描述如下：
vars1，s2：
semaphore；
s1=0；s2=0;
cobegin
{
driver（）;
busman（）;
}
coend
driver（）
begin
while
（1）
{
P（s1）
启动车辆；
正常行车；
到站停车；
V（s2）;
}
end
busman（）
begin
while
（1）
{
关车门；，
V（s1）
售票；
P（s2）
开车门；
上下乘客；
}
end
7在信号量S上作P、V操作时，S的值发生变化，当S＞0、S=0、S<0时，它们的物理意义是什么？
答：
S的值表示它代表的物理资源的使用状态：
S>0表示还有共享资源可供使用。
S=0表示共享资源正被进程使用但没有进程等待使用资源。
S<0表示资源已被分配完，还有进程等待使用资源。
8
（1）两个并发进程并发执行，其中，A、B、C、D、E是原语，试给出可能的并发执行路径。
ProcessPProcessQ
beginbegin
A；D；
B；E；
C；end；
end；
（2）两个并发进程P1和P2并发执行，它们的程序分别如下：
P1P2
repeatrepeat
k:
=k×2;printk;
k:
=k+1;k:
=0;
untilfalse;untilfalse;
若令k的初值为5，让P1先执行两个循环，然后，P1和P2又并发执行了一个循环，写出可能的打印值，指出与时间有关的错误。
答：
（1）共有10种交错执行的路径：
A、B、C、D、E；A、B、D、E、C；A、B、D、C、E；
A、D、B、E、C；A、D、B、C、E；A、D、E、B、C；
D、A、B、E、C；D、A、B、C、E；D、A、E、B、C；D、E、A、B、C。
（2）把语句编号，以便于描述：
P1P2
repeatrepeat
k:
=k×2;①printk;③
k:
=k+1;②k:
=0;④
untilfalse;untilfalse;
1）K的初值为5，故P1执行两个循环后，K=23。
2）语句并发执行有以下情况：
①、②、③、④，这时的打印值为：
47
③、④、①、②，这时的打印值为：
23
①、③、②、④，这时的打印值为：
46
①、③、④、②，这时的打印值为：
46
③、①、②、④，这时的打印值为：
23
③、①、④、②，这时的打印值为：
23
由于进程P1和P2并发执行，共享了变量K，故产生了‘结果不唯一’。
9另一个经典同步问题：
吸烟者问题（patil，1971）。
三个吸烟者在一个房间内，还有一个香烟供应者。
为了制造并抽掉香烟，每个吸烟者需要三样东西：
烟草、纸和火柴，供应者有丰富货物提供。
三个吸烟者中，第一个有自己的烟草，第二个有自己的纸和第三个有自己的火柴。
供应者随机地将两样东西放在桌子上，允许一个吸烟者进行对健康不利的吸烟。
当吸烟者完成吸烟后唤醒供应者，供应者再把两样东西放在桌子上，唤醒另一个吸烟者。
试采用：
（1）信号量和P、V操作，
（2）管程编写他们同步工作的程序。
答：
（1）用信号量和P、V操作。
varS,S1,S2,S3;semaphore;
S:
=1;S1:
=S2:
=S3:
=0;
flag1,flag2,flag3:
Boolean;
flag1:
=flag2:
=flag3:
=true;
cobegin
{
process供应者
begin
repeat
P（S）;
取两样香烟原料放桌上，由flagi标记;/*flage1、flage2、flage3代表烟草、纸、火柴
ifflag2&flag3thenV（S1）;/*供纸和火柴
elseifflag1&flag3thenV（S2）;/*供烟草和火柴
elseV（S3）;/*供烟草和纸
untilefalse;
end
process吸烟者1
begin
repeat
P（S1）;
取原料;
做香烟;
V（S）;
吸香烟;
untilefalse;
process吸烟者2
begin
repeat
P（S2）;
取原料;
做香烟;
V（S）;
吸香烟;
untilefalse;
process吸烟者3
begin
repeat
P（S3）;
取原料;
做香烟;
V（S）;
吸香烟;
untilefalse;
}
coend.
10系统有同类资源m个，被n个进程共享，问：
当m＞n和m≤n时，每个进程最多可以请求多少个这类资源时，使系统一定不会发生死锁?
答：
当m≤n时，每个进程最多请求1个这类资源时，系统一定不会发生死锁。
当m>n时，如果m/n不整除，每个进程最多可以请求”商+1”个这类资源，否则为”商”个资源，使系统一定不会发生死锁?
11N个进程共享M个资源，每个进程一次只能申请/释放一个资源，每个进程最多需要M个资源，所有进程总共的资源需求少于M+N个，证明该系统此时不会产生死锁。
答：
设max（i）表示第i个进程的最大资源需求量，need（i）表示第i个进程还需要的资源量，alloc（i）表示第i个进程已分配的资源量。
由题中所给条件可知：
max
（1）+┅+max（n）=（need
（1）+┅+need（n））+（（alloc
（1）+┅+alloc（n））如果在这个系统中发生了死锁，那么一方面m个资源应该全部分配出去，
alloc
（1）+┅+alloc（n）=m
另一方面所有进程将陷入无限等待状态。
可以推出
need
（1）+┅+need（n）上式表示死锁发生后，n个进程还需要的资源量之和小于n，这意味着此刻至少存在一个进程i,need（i）=0,即它已获得了所需要的全部资源。
既然该进程已获得了它所需要的全部资源，那么它就能执行完成并释放它占有的资源，这与前面的假设矛盾，从而证明在这个系统中不可能发生死锁。
12设当前的系统状态如下，系统此时Available=（1，1，2）：
（1）
计算各个进程还需要的资源数Cki-Aki?
（2）系统是否处于安全状态，为什么?
（3）P2发出请求向量request1（1，0，1），系统能把资源分给它吗？
（4）若在P2申请资源后，若P1发出请求向量request0（1，0，1），系统能把资源分给它吗？
（5）若在P1申请资源后，若P3发出请求向量request0（0，0，1），系统能把资源分给它吗？
答：
（1）P1，P2，P3，P4的Cki-Aki分别为：
（2，2，2）、（1，0，2）、（1，0，3）、（4，2，0）
（3）系统处于安全状态，存在安全序：
P2，P1，P3，P4
（4）可以分配，存在安全序列：
P2，P1，P3，P4。
（5）不可以分配。
（6）不可以分配。
13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
Available
ABCD
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？
为什么？
答：
（1）系统处于安全状态，存在安全序列：
P0，P3，P4，P1，P2。
（2）不能分配，否则系统会处于不安全状态。
14把死锁检测算法用于下面的数据，并请问：
Available=（1，0，2，0）
（1）此时系统此时处于安全状态吗？
（2）若第二个进程提出资源请求request2（0，0，1，0），系统能分配资源给它吗？
（3）若第五个进程提出资源请求request5（0，0，1，0），系统能分配资源给它吗？
答：
（1）此时可以找出进程安全序列：
P4，P1，P5，P2，P3。
故系统处于安全状态。
（2）可以分配，存在安全序列：
P4，P1，P5，P2，P3。
（3）不可分配，系统进入不安全状态。
15某系统有R1设备3台，R2设备4台，它们被P1、P2、P3和P4进程共享，且已知这4个进程均按以下顺序使用设备：
→申请R1→申请R2→申请R1→释放R1→释放R2→释放R1
（1）系统运行中可能产生死锁吗？
为什么？
（2）若可能的话，请举出一种情况，并画出表示该死锁状态的进程—资源图。
答：
（1）系统四个进程需要使用的资源数为R1各2台，R2各1台。
可见资源数不足，同时各进程申请资源在先，有可能产生死锁发生的四个条件，故系统可能产生死锁。
（2）当三个进程执行完申请资源R1，开始执行申请资源R2时，第四个进程会因没有资源R1而被阻塞。
当三个进程执行完申请资源R2后，系统还剩1个R2资源。
而这三个进程因执行申请第二个资源R1而全部被阻塞，系统进入死锁。
16假定某计算机系统有R1和R2两类可再使用资源（其中R1有两个单位，R2有一个单位），它们被进程P1，P2所共享，且已知两个进程均以下列顺序使用两类资源。
→申请R1→申请R2→申请R1→释放R1→释放R2→释放R1→
试求出系统运行过程中可能到达的死锁点，并画出死锁点的资源分配图（或称进程－资源图）。
答：
当两个进程都执行完第一步（都占用R1）时，系统进入不安全状态。
这时无论哪个进程执行完第二步，死锁都会发生。
可能到达的死锁点：
进程P1占有一个R1和一个R2，而进程P2占有一个R1。
或者相反。
这时己形成死锁。
进程---资源图为：
17桌上有一只盘子，最多可以容纳两个水果，每次仅能放入或取出一个水果。
爸爸向盘子中放苹果（apple），妈妈向盘子中放桔子（orange），两个儿子专等吃盘子中的桔子，两个女儿专等吃盘子中的苹果。
试用：
（1）信号量和P、V操作，
（2）管程，来实现爸爸、妈妈、儿子、女儿间的同步与互斥关系。
答：
（1）用信号量和P、V操作。
类似于课文中的答案，扩充如下：
1）同步信号量初值为2；2）要引进一个互斥信号量mutex，用于对盘子进行互斥；3）盘子中每一项用橘子、苹果2个枚举值。
var
plateARRAY[0,1]of（apple,orange）;
flag0,flag1:
boolean;
mutex:
semaphore;
sp:
semaphore;/*盘子里可以放几个水果*/
sg1，sg2:
semaphore;/*盘子里有桔子，有苹果?
*/
sp:
=2;/*盘子里允许放入二个水果*/
sg1:
=sg2:
=0;/*盘子里没有桔子，没有苹果*/
flag0:
=flag1:
=false;mutex:
=1;
cobegin
processfather
begin
L1:
削一个苹果;
P（sp）;
P（mutex）;
if（flag0==false）then
{plate[0]:
=苹果;flag0:
=true;}
else{plate[1]:
=苹果;flag1:
=true;}
V（mutex）;
V（sg2）;
gotoL1;
end;
processmother
begin
L2:
剥一个桔子;
P（sp）;
P（mutex）;
if（flag0==false）then
{plate[0]:
=桔子;flag0:
=true;}
else{plate[1]:
=桔子;flag1:
=true;}
V（mutex）;
V（sg1）;
gotoL2;
end;
processson
begin
L3:
P（sg1）;
P（mutex）;
if（flag0&plate[0]==桔子）then
{x:
=plate[0];flag0:
=false;}
else{x:
=plate[1];flag1:
=false;}
V（mutex）;
V（sp）;
吃桔子;
gotoL3;
end;
processdaughter
begin
L4:
P（sg2）;
P（mutex）;
if（flag0&plate[0]==苹果）then
{x:
=plate[0];flag0:
=false;}
else{x:
=plate[1];flag1:
=false;}
V（mutex）;
V（sp）;
吃苹果;
gotoL4;
end;
coend.
18有P1、P2、P3三个进程共享一个表格F，P1对F只读不写，P2对F只写不读，P3对F先读后写。
进程可同时读F，但有进程写时，其他进程不能读和写。
用
（1）信号量和P、V操作，
（2）管程编写三进程能正确工作的程序。
答：
（1）信号量和P、V操作。
这是读--写者问题的变种。
其中，P3既是读者又是写者。
读者与写者之间需要互斥，写者与写者之间需要互斥，为提高进程运行的并发性，可让读者尽量优先。
varrmutex,wmutex:
semaphore;
rmutex:
=wmutex:
=1;
count:
integer;count:
=0;
cobegin
{
processP1
begin
repeat
P（rmutex）;
count:
=count+1;
ifcount=1thenP（w
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