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PV操作例题


问题 1 一个司机与售票员的例子 在公共汽车上,为保证乘客的安全,司机和售票员应协调工作: 停车后才能开门,关车门后才能行车。用 PV 操作来实现他们之间的协调。 S1:是否允许司机启动汽车的变量 S2:是否允许售票员开门的变量 driver()//司机进程 { while (1)//不停地循环 { P(S1);//请求启动汽车 启动汽车; 正常行车; 到站停车; V(S2); //释放开门变量,相当于通知售票员可以开门 } } busman()//售票员进程 { while(1) { 关车门; V(S1);//释放开车变量,相当于通知司机可以开车 售票 P(S2);//请求开门 开车门; 上下乘客; } } 注意:busman() driver() 两个不停循环的函数

问题 2 图书馆有 100 个座位,每位进入图书馆的读者要在登记表上登记,退出时要在登记 表上注销。要几个程序?有多少个进程?(答:一个程序;为每个读者设一个进程) (1) (2) 当图书馆中没有座位时,后到的读者在图书馆为等待(阻塞) 当图书馆中没有座位时,后到的读者不等待,立即回家。

解(1 ) 设信号量:S=100; MUTEX=1 P(S) P(MUTEX) 登记 V(MUTEX)

阅读 P(MUTEX) 注销 V(MUTEX) V(S)

解(2) 设整型变量 COUNT=100; 信号量:MUTEX=1; P(MUTEX); IF (COUNT==0) { V(MUTEX); RETURN; } COUNT=COUNT-1; 登记 V(MUTEX); 阅读 P(MUTEX); COUNT=COUNT+1; V(MUTEX); RETURN; 问题 3 有一座东西方向的独木桥;用 P,V 操作实现: (1) 每次只允许一个人过桥; (2) 当独木桥上有行人时,同方向的行人可以同时过桥,相反方向的人必须等待。 (3) 当独木桥上有自东向西的行人时,同方向的行人可以同时过桥,从西向东的方向, 只允许一个人单独过桥。 (此问题和读者与写者问题相同 ,东向西的为读者,西向东的为写 者) 。 (1)解 设信号量 MUTEX=1 P (MUTEX) 过桥 V (MUTEX) (2)解 设信号量: MUTEX=1 (东西方互斥) MD=1 (东向西使用计数变量互斥) MX=1 (西向东使用计数变量互斥) 设整型变量: CD=0 (东向西的已上桥人数) CX=0 (西向东的已上桥人数) 从东向西: P (MD) IF (CD=0)

{P (MUTEX) CD=CD+1 V (MD) 过桥 P (MD) CD=CD-1 IF (CD=0) {V (MUTEX) V (MD) 从西向东: P (MX) IF (CX=0) {P (MUTEX) CX=CX+1 V (MX) 过桥 P (MX) CX=CX-1 IF (CX=0) {V (MUTEX) V (MX)

}

}

}

}

(3) 解:从东向西的,和(2)相同;从西向东的和(1)相同。 问题 4 有一个俱乐部,有甲乙两个服务员,当顾客有请求时,甲负责送烟,乙负责送火, 无顾客请求时,服务员睡眠。顾客自己不能带烟和火,当顾客要抽烟时,可请求服务员送烟 和火,烟和火还未送到时,顾客必须等待。 设信号量:SY, SH,CY,CH:初值都为 0 甲服务员 REPEAT P(SY) 送烟 V(CY) UNTIL FALSE 乙服务员 REPEAT P(SH) 送火 V(CH) UNTIL FALSE 顾客 V(SY) V(SH)

P(CY) P(CH) 抽烟 问题 5 一家四人父、母、儿子、女儿围桌而坐;桌上有一个水果盘; (1) 当水果盘空时,父亲可以放香蕉或者母亲可以放苹果,但盘中已有水果时,就不能 放,父母等待。当盘中有香蕉时,女儿可吃香蕉,否则,女儿等待;当盘中有苹果时,儿子 可吃,否则,儿子等待。 解 设信号量:SE=1 (空盘子);SA=0 (放了苹果的盘子) ;SB=0 (放了香蕉的盘子) 父亲 REPEAT 剥香蕉 P(SE) 放香蕉 V(SB) UNTIL FALSE 母亲 REPEAT 削苹果 P(SE) 放苹果 V(SA) UNTIL FALSE 儿子 P(SA) 拿苹果 V(SE) 吃苹果 女儿 P(SB) 拿香蕉 V(SE) 吃香蕉 (2) 把(1)改为:儿子要吃苹果时,请母亲放苹果,女儿要吃香蕉时,请父亲放香蕉, (还是盘子为空时才可以放) 。 (2)解:再增加两个信号量:SF=0, SM=0 父亲 REPEAT P(SF)

剥香蕉 P(SE) 放香蕉 V(SB) UNTIL FALSE 母亲 REPEAT P(SM) 削苹果 P(SE) 放苹果 V(SA) UNTIL FALSE 儿子 V(SM) P(SA) 拿苹果 V(SE) 吃苹果 女儿 V(SF) P(SB) 拿香蕉 V(SE) 吃香蕉 问题 6 有一个超市,最多可容纳 N 个人进入购物,当 N 个顾客满员时,后到的顾客在超市 外等待;超市中只有一个收银员。可以把顾客和收银员看作两类进程,两类进程间存在同步 关系。写出用 P;V 操作实现的两类进程的算法(2003 年系统设计员考试的题目) 解:设信号量:S=0,C=0 (顾客与收银员的同步信号量),M=N 收银员 P(S) 收银 V(C) 顾客 P(M) 进入店内购物 V(S) P(C) V(M)

问题 7 有一个理发店,店内共有 20 个座位供顾客等待理发, (进入理发店的顾客,都在此座 位上等待理发,正在理发的顾客不占用此座位) ,当 20 个座位坐满了,后到的顾客不等待, 立即回家。当没有顾客时,理发师睡眠等待。 解:设信号量:S=0.C=0,MUTEX=1 设整型变量 SM=20 理发师 REPEAT P(S) -------如无顾客,理发师等待 V(C) 叫一个顾客理发 理发 UNTIL FALSE 顾客 P(MUTEX) IF (SM=0) { V(MUTEX)――――满座,离开,回家 RETURN ELSE SM=SM-1―――――空座位数减 1 V(MUTEX) } V(S)――――――――通知理发师,增加了一个顾客,如理发师在等待则唤醒他 P(C) ———————等理发师叫自己理发 P(MUTEX) SM=SM+1―――――被叫到,释放一个空的座位 V(MUTEX) 接受理发 如果此题改为:满座时,顾客等待空座位:则 顾客进程的程序修改如下: 把 SM 设为信号量 SM=20 顾客 P(SM) ---------------------申请一个座位,无则等待 V(S)――――――――通知理发师,增加了一个顾客,如理发师在等待则唤醒他 P(C) ———————等理发师叫自己理发 V(SM) 接受理发 问题 8 一个盒子,内有黑白两种棋子(数量相等) ,甲每次从盒子中取出一颗黑子,乙每次 从盒子中取出一颗白子,一人取了棋子后,必须等另一方取过棋子方可再取, (可假设甲先 取) 。 解: 设信号量:SJ=1,SY=0 甲 REPEAT

P(SJ) 取一颗黑子 V(SY) UNTIL 盒子中无黑子 乙 REPEAT P(SY) 取一颗白子 V(SJ) UNTIL 盒子中无白子

(八)按要求完成下面的程序。设有三个进程,input 进程、compute 进程和 output 进程; 它们通过共享一个缓冲区 buf 的合作关系如下: (1)input 进程每次输入数据后,把数据送到 buf,供 compute 进程计算和 output 进程打印; (2)comput 进程每次从 buf 取出已输入的可计算的数据进行计算,并当 output 进程把输入 数据打印完成后,把计算结果送入 buf 供 output 进程打印; (3)output 进程每次按顺序把 buf 中的输入数据和计算结果在打印机上输出。 解: 设信号量:sa=1,sb=sc=sd=0, 请把能正确实现这三个进程同步关系的 P、V 操作的语句填入 下面的程序。 procedure input begin local data repeat get(data); p(sa); buf=data; (1) V ( sc ) v(sb); until false end; procedure compute begin locol data repeat (2) P ( sb ) data=buf; 计算 data 并把结果保存在 data; (3) P ( sd ) buf=data;

v(sc); until false end; procedure output begin local data repeat P(sc) 打印 buf; (4) V ( sd ) p(sc) 打印 buf; v(sa); until false end;

5.今有三个进程 R、M、P,它们共享一个缓冲区。R 负责从输入设备读信息,每次读出一个 记录并把它存放在缓冲区中:M 在缓冲区加工读入的记录;P 把加工后的记录打印输出。输 入的记录经加工输出后,缓冲区中又可存放下一个记录。请用 P、V 操作为同步机构写出他 们并发执行时能正确工作的程序。 答:三个进程共用一个缓冲区,他们必须同步工作,可定义三个信号量: S1:表示是否可把读人的记录放到缓冲区,初始值为 1. S2:表示是否可对缓冲区中的记录加工,初始值为 0. S3:表示记录是否加工好,可以输出,初始值也为 0. 三个进程可如下设计: Begin S1,S2,S3:semaphore; S1:=l;S2:=S3:=0; cobegin process R begin L1:读记录; P(S1) ; 记录存入缓冲区; V(S2) ; goto L1; end; process M begin L2:P(S2) ; 加工记录; V(S3) ;

goto L2; end; process P begin L3:P(S3) ; 输出加工后的记录; V(S1) ; goto L3; end; coend; end. 6.现有 4 个进程 R1,R2,W1,W2,它们共享可以存放一个数的缓冲器 B.进程 R1 每次把 从键盘上投入的一个数存放到缓冲器 B 中,供进程 W1 打印输出;进程 R2 每次从磁盘上读 一个数放到缓冲器 B 中,供进程 W2 打印输出。当一个进程把数据存放到缓冲器后,在该 数还没有被打印输出之前不准任何进程再向缓冲器中存数。 在缓冲器中还没有存入一个新的 数之前不允许任何进程加快从缓冲区中取出打印是怎样才能使这四个进程在并发执行是协 调的工作? 答:这四个进程实际上是两个生产者 R1,R2 和两个消费者 W1,W2.各自生成不同的产品 中各自的消费对象去消费,他们共享一个的缓冲器。由于缓冲器只能存放一个数,所以, R1 和 R2 在存放数时必须互斥。而 R1 和 W1、R2 和 W2 之间存在同步。为了协调它们的工 作可定义三个信号量: S:表示能否把数存人缓冲器 B,初始值为 1. S1:表示 R1 是否已向缓冲器存入从键盘上读入的一个数,初始值为 0. S2:表示 R2 是否已向缓冲器存入从磁盘上读入的一个数,初始值为 0. Begin S,S1,S2:semaphore; S:=1;S1:=S2:=0; Cobegin process R1 xl :integer begin L1:从键盘读一个数; x1:=读入的数; P(S) ; P(S) ; B:=xl V(S1) ; goto L1; end; process R2 x2:integer; begin L2:从磁盘读一数;

x2:=读入的数; x2:=读入的数; P(S) ; B:=x2; V(S2) ; goto L2; end; process W1 y:integer; begin L3:P(S1) ; y:=B; V(S) ; 打印 y 中的数; goto L3; end; process W2 z:integer begin L4:P(S2) ; z:=B; V(S) ; 打印 z 中的数; goto L4; end; coend; end.


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