進(jìn)程同步典型例題操作系統(tǒng)

1、進(jìn)程同步練習(xí)題1. 在公共汽車上，司機(jī)和售票員的工作流程如圖所示。為保證乘客的安全，司機(jī)和售票員應(yīng)密切配合協(xié)調(diào)工作。請(qǐng)用信號(hào)量來(lái)實(shí)現(xiàn)司機(jī)與售票員之間的同步。圖 司機(jī)和售票員工作流程圖 約束：怎么密切配合協(xié)調(diào)工作才能保證安全呢？a) 關(guān)車門之后再啟動(dòng)車輛；利用前驅(qū)圖解釋b) 到站停車之后再開車門； 根據(jù)約束定義信號(hào)量；關(guān)車門和啟動(dòng)車輛需要一個(gè)信號(hào)量進(jìn)行同步S1；到站停車和開車門之間需要一個(gè)信號(hào)量進(jìn)行同步S2； 建立幾個(gè)進(jìn)程呢？a) 為司機(jī)建立一個(gè)進(jìn)程Driver；b) 為售票員建立一個(gè)進(jìn)程Conductor；Driver： Repeat 啟動(dòng)車輛；正常行駛； 到站停車； Until false;

2、Conductor： Repeat關(guān)車門； 售票； 開車門； Until false; 加入同步關(guān)系：Var s1,s2:semorphore=0,0; Driver： Repeat Wait (s1); 啟動(dòng)車輛；正常行駛； 到站停車； Signal(s2) Until false;Conductor： Repeat關(guān)車門； Signal(s1); 售票；Wait(s2) 開車門； Until false;main() Driver(); Conductor ();2. 桌子上有一只盤子，盤子中只能放一只水果。爸爸專向盤子中放蘋果，媽媽專向盤子中放橘子，一個(gè)兒子專等吃盤子中的橘子，一個(gè)女兒專

3、等吃盤子中的蘋果。用PV操作實(shí)現(xiàn)他們之間的同步機(jī)制。分析：約束：a) 爸爸和媽媽競(jìng)爭(zhēng)盤子，往盤子放水果，爸爸在放時(shí)，媽媽等待，或者相反；b) 爸爸和女兒要同步，即爸爸放完蘋果之后通知女兒來(lái)吃；同時(shí)女兒吃完之后要通知盤子可用；c) 媽媽和兒子要同步，即媽媽放完橘子之后通知兒子來(lái)吃；同時(shí)兒子吃完之后要通知盤子可用； 經(jīng)上述分析可知： 需要3個(gè)信號(hào)量：S1表示臨界資源盤子，初值1；爸爸和女兒需要一個(gè)信號(hào)量進(jìn)行同步S2=0媽媽和兒子需要一個(gè)信號(hào)量進(jìn)行同步S3=0; 建立進(jìn)程？爸爸： 媽媽： 女兒： 兒子： Repeat repeat repeat repeat 取一個(gè)蘋果； 取一個(gè)橘子； 從盤子取一個(gè)

4、蘋果； 從盤子取一個(gè)橘子； 放入盤子； 放入盤子 吃蘋果； 吃橘子； Until false; Until false; Until false; Until false; 加入同步關(guān)系。爸爸： 媽媽： 女兒： 兒子： Repeat repeat repeat repeat wait(S2); wait(S3); 取一個(gè)蘋果； 取一個(gè)橘子； 從盤子取一個(gè)蘋果； 從盤子取一個(gè)橘子； Wait(S1); Wait(S1); signal(S1); signal(S1); 放入盤子； 放入盤子 吃蘋果； 吃橘子； Signal(S2); Signal(S3); Until false; Until

5、false; Until false; Until false;3. a，b兩點(diǎn)之間是一段東西向的單行車道，現(xiàn)要設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)管理系統(tǒng)，管理規(guī)則如下：（1）當(dāng)ab之間有車輛在行駛時(shí)同方向的車可以同時(shí)駛?cè)隺b段，但另一方向的車必須在ab段外等待；（2）當(dāng)ab之間無(wú)車輛在行駛時(shí)，到達(dá)a點(diǎn)（或b點(diǎn)）的車輛可以進(jìn)入ab段，但不能從a點(diǎn)和b點(diǎn)同時(shí)駛?cè)?；?）當(dāng)某方向在ab段行駛的車輛駛出了ab段且暫無(wú)車輛進(jìn)入ab段時(shí)，應(yīng)讓另一方向等待的車輛進(jìn)入ab段行駛。請(qǐng)用信號(hào)量為工具，對(duì)ab段實(shí)現(xiàn)正確管理以保證行駛安全。分析： 約束：a) ab兩點(diǎn)的單行車道是一種臨界資源；兩端的車輛對(duì)該資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)；b) 同步關(guān)系：

6、（1），（3）； 經(jīng)上述分析可知：首先，設(shè)置互斥信號(hào)量Sab=1，用于a、b點(diǎn)的車輛互斥進(jìn)入ab段；然后，分別設(shè)置共享變量ab=0用于記錄當(dāng)前ab段上由a點(diǎn)進(jìn)入的車輛數(shù)量；共享變量ba=0用于記錄當(dāng)前ab=段上由b點(diǎn)進(jìn)入車輛的數(shù)量；最后，設(shè)置互斥信號(hào)量S1=1用于ab段的車輛互斥訪問(wèn)共享變量ab；設(shè)置互斥信號(hào)量S2=1用于ba段的車輛互斥訪問(wèn)共享變量ba建立進(jìn)程？semaphore S1=1,S2=1,Sab=1;int ab=ba=0;Pab： pba：Repeat repeatWait(S1) Wait(s2)abcount=abcount+1; bacount=bacount+1;if

7、abcount=1 then wait(sab) if bacount=1 then wait(sab)signal(S1) signal(s2)進(jìn)入車道行駛； 進(jìn)入車道行駛；Wait(s1) Wait(s2)abcount=abcount-1; bacount=bacount-1;if abcount=0 then signal(sab) if bacount=0 then signal(sab) signal(s1) signal(s2); until false; until false;main() Pab(); Pba();5一條河上架設(shè)了由若干個(gè)橋墩組成的一座橋。若一個(gè)橋墩只能站一

8、個(gè)人，過(guò)河的人只能沿著橋向前走而不能向后退。過(guò)河時(shí)，只要對(duì)岸無(wú)人過(guò)，就可以過(guò)。但不允許河對(duì)岸的兩個(gè)人同時(shí)過(guò)，以防止出現(xiàn)死鎖。請(qǐng)給出兩個(gè)方向的人順利過(guò)河的同步算法。分析： 約束：a) 橋?qū)儆谂R界資源，兩岸的人對(duì)該資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)；b) 橋上的人數(shù)是有限制的，設(shè)這個(gè)橋由N個(gè)橋墩構(gòu)成，橋上同時(shí)只能有N個(gè)人過(guò)橋，其它人要進(jìn)行等待。相當(dāng)于共享資源數(shù)。 設(shè)置信號(hào)量信號(hào)量s：互斥使用橋，初值為1變量count1：方向1上過(guò)河人計(jì)數(shù)器變量count2：方向2上過(guò)河人計(jì)數(shù)器信號(hào)量scount1：對(duì)方向1上過(guò)河人計(jì)數(shù)器count1的互斥使用，初值為1信號(hào)量scount2：對(duì)方向2上過(guò)河人計(jì)數(shù)器count2的互斥使用，

9、初值為1信號(hào)量scount：代表橋上過(guò)河人的計(jì)數(shù)信號(hào)量，初值為橋墩個(gè)數(shù)N 建立進(jìn)程Semaphore s, scount1, scount2, scount;int count1, count2;s=1; scount1=1; scount2=1; scount=N;count1=0; count2=0;void direct1(int i)wait(scount1);count1+;if(count1=1) wait(s);signal(scount1);wait(scount); 上橋，過(guò)橋，下橋；signal(scount);wait(scount1);count1-;if(count1

10、=0) signal(s);signal(scount1);void direct2(int i)wait(scount2);count2+;if(count2=1) wait(s);signal(scount2);wait(scount);上橋，過(guò)橋，下橋；signal(scount);wait(scount2);count2-;if(count2=0) signal(s);signal(scount2);main() cobegin direct1(1); direct1(n); direct2(1); direct2(m); 6有一個(gè)倉(cāng)庫(kù)，可以存放A和B兩種產(chǎn)品，但要求：（1）每次只能存

11、入一種產(chǎn)品（A或B）；（2）-NA產(chǎn)品數(shù)量B產(chǎn)品數(shù)量M。其中，N和M是正整數(shù)。試用同步算法描述產(chǎn)品A與產(chǎn)品B的入庫(kù)過(guò)程。分析： 約束：a) 倉(cāng)庫(kù)是一種臨界資源，兩種產(chǎn)品為之競(jìng)爭(zhēng)；b) A產(chǎn)品數(shù)量不能比B產(chǎn)品數(shù)量多M個(gè)以上即A產(chǎn)品數(shù)量比B產(chǎn)品數(shù)量最多多M-1個(gè)；A產(chǎn)品數(shù)量不能比B產(chǎn)品數(shù)量少N個(gè)以上即B產(chǎn)品數(shù)量比A產(chǎn)品最多多N-1個(gè)。 設(shè)置信號(hào)量設(shè)置互斥信號(hào)量mutex互斥使用倉(cāng)庫(kù)；設(shè)置兩個(gè)信號(hào)量來(lái)控制A、B產(chǎn)品的存放數(shù)量，sa表示當(dāng)前允許A產(chǎn)品比B產(chǎn)品多入庫(kù)的數(shù)量（當(dāng)前允許A產(chǎn)品入庫(kù)數(shù)量）；sb表示當(dāng)前允許B產(chǎn)品比A產(chǎn)品多入庫(kù)的數(shù)量（當(dāng)前允許B產(chǎn)品入庫(kù)數(shù)量）。初始時(shí)，sa為M一1，sb為N一1。

12、當(dāng)往庫(kù)中存放入一個(gè)A產(chǎn)品時(shí)，則允許存入B產(chǎn)品的數(shù)量也增加1;當(dāng)往庫(kù)中存放入一個(gè)B產(chǎn)品時(shí)，則允許存入A產(chǎn)品的數(shù)量也增加1。 建立進(jìn)程semaphore mutex=1，sa=M-1， sb=N-1;process puta() while(1) 取一個(gè)產(chǎn)品； wait(sa); wait(mutex); 將產(chǎn)品入庫(kù)； signal(mutex); signal(sb); process putb() while(1) 取一個(gè)產(chǎn)品； wait(sb); wait(mutex); 將產(chǎn)品入庫(kù)； signal(mutex); signal(sa); main() cobegin puta(); put

13、b();4將只讀數(shù)據(jù)的進(jìn)程稱為“讀者”進(jìn)程，而寫或修改數(shù)據(jù)的進(jìn)程稱為“寫者”進(jìn)程。允許多個(gè)“讀者”同時(shí)讀數(shù)據(jù)，但不允許“寫者”與其他“讀者”或“寫者”同時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)。另外，要保證：一旦有“寫者”等待時(shí)，新到達(dá)的“讀者”必須等待，直到該“寫者”完成數(shù)據(jù)訪問(wèn)為止。試用P、V操作正確實(shí)現(xiàn)“讀者”與“寫者”的同步。（第二類讀者寫者問(wèn)題，信號(hào)量解決方法）分析： 約束：a) 寫者與寫者之間需要互斥訪問(wèn)；b) 讀者與寫者之間需要互斥；（有一個(gè)讀者在讀就讓寫者等待），因此，此時(shí)需要一個(gè)計(jì)數(shù)變量記錄讀者的數(shù)量。c) 允許多個(gè)讀者同時(shí)讀數(shù)據(jù)；d) 一旦有“寫者”等待時(shí)，新到達(dá)的“讀者”必須等待，直到該“寫者”完成數(shù)

14、據(jù)訪問(wèn)為止。 建立進(jìn)程Write:Repeat 執(zhí)行讀操作Until false;Read:Repeat 執(zhí)行寫操作；Until false; 設(shè)置信號(hào)量a) 設(shè)置互斥信號(hào)量mutex=1實(shí)現(xiàn)寫者與寫者之間的互斥訪問(wèn)；Write:Repeat Wait(mutex) 執(zhí)行讀操作； Signal(mutex);Until false;b) 實(shí)現(xiàn)讀者與寫者之間的互斥，設(shè)置整型變量readcount=0記錄讀者數(shù)量，if readcount=1 then wait(mutex)Read：Repeatreadcount+;if(readcount=1) wait(mutex);執(zhí)行讀操作；readco

15、unt- -;if(readcount=0) signal(mutex); until false; 由于readcount 是共享變量，所以讀者之間要互斥訪問(wèn)，因此設(shè)置一個(gè)互斥信號(hào)量rmutex=1.Read：RepeatWait(rmutex)readcount+;if(readcount=1) wait(mutex);signal(rmutex)執(zhí)行讀操作；Wait(rmutex)readcount- -;if(readcount=0) signal(mutex);signal(rmutex) until false;c) 要想實(shí)現(xiàn)d）的互斥，需讓讀者和寫者再共享一個(gè)互斥信號(hào)量s，因此設(shè)

16、置互斥信號(hào)量s=1，一旦有寫者等待時(shí)，就wait（s）讓讀者等待。Write:Repeatwait(wmutex);writecount+;if(writecount=1) wait(s);signal(wmutex); Wait(mutex) 執(zhí)行讀操作； Signal(mutex);wait(wmutex);writecount- -;if(writecount=0)signal(s);signal(wmutex);Until false;Read：RepeatWait(s);Wait(rmutex)readcount+;if(readcount=1) wait(mutex);signal

17、(rmutex)signal(s);執(zhí)行讀操作；Wait(rmutex)readcount- -;if(readcount=0) signal(mutex);signal(rmutex) until false; 完整代碼Process reader() while(1) wait(s);wait(rmutex);if(readcount=0)wait(mutex);readcount+;signal(rmutex);signal(s);perform read operation;wait(rmutex);readcount- -;if(readcount=0)signal(mutex);s

18、ignal(rmutex); Process writer() while(1) wait(wmutex);writecount+;if(writecount=1) wait(s);signal(wmutex); wait(mutex);perform write operation;signal(mutex);wait(wmutex);writecount- -;if(writecount=0)signal(s);signal(wmutex);Main( )cobegin reader(); writer(); 1、在公共汽車上，司機(jī)和售票員的工作流程如圖所示。為保證乘客的安全，司機(jī)和售票員

19、應(yīng)密切配合協(xié)調(diào)工作。請(qǐng)用信號(hào)量來(lái)實(shí)現(xiàn)司機(jī)與售票員之間的同步。圖 司機(jī)和售票員工作流程圖【答案】設(shè)置兩個(gè)資源信號(hào)量：S1、S2。 S1表示是否允許司機(jī)啟動(dòng)汽車，其初值為0；S2表示是否允許售票員開門，其初值為0.semaphoere S1=S2=0;void Driver() while(1) wait(S1); 啟動(dòng)車輛； 正常行車； 到站停車； signal(S2); void Busman() while(1) 關(guān)車門； signal(S1)； 售票； wait(S2)； 開車門； main() cobegin Driver(); Busman(); 2. 桌子上有一只盤子，盤子中只能放一

20、只水果。爸爸專向盤子中放蘋果，媽媽專向盤子中放橘子，一個(gè)兒子專等吃盤子中的橘子，一個(gè)女兒專等吃盤子中的蘋果。用PV操作實(shí)現(xiàn)他們之間的同步機(jī)制?！敬鸢浮啃盘?hào)量S用來(lái)實(shí)現(xiàn)盤子的互斥訪問(wèn)，S1表示盤子中蘋果個(gè)數(shù)，S2表示盤子中橘子的個(gè)數(shù)。semaphore S=1,S1=S2=0;void father() while(1) 準(zhǔn)備蘋果; wait(S); 將蘋果放在盤子內(nèi)； signal(S1); void mother() while(1) 準(zhǔn)備橘子; wait(S); 將橘子放在盤子內(nèi)； signal(S2); void daughter() while(1) wait(Sl); 從盤子里拿走蘋

21、果； signal(S); 吃蘋果; void son() while(1) wait(S2); 從盤子里拿走橘子； signal(S); 吃橘子; main() cobegin father(); mother(); daughter(); son(); 3. a，b兩點(diǎn)之間是一段東西向的單行車道，現(xiàn)要設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)管理系統(tǒng)，管理規(guī)則如下：（1）當(dāng)ab之間有車輛在行駛時(shí)同方向的車可以同時(shí)駛?cè)隺b段，但另一方向的車必須在ab段外等待；（2）當(dāng)ab之間無(wú)車輛在行駛時(shí)，到達(dá)a點(diǎn)（或b點(diǎn)）的車輛可以進(jìn)入ab段，但不能從a點(diǎn)和b點(diǎn)同時(shí)駛?cè)耄唬?）當(dāng)某方向在ab段行駛的車輛駛出了ab段且暫無(wú)車輛進(jìn)入ab段

22、時(shí)，應(yīng)讓另一方向等待的車輛進(jìn)入ab段行駛。請(qǐng)用信號(hào)量為工具，對(duì)ab段實(shí)現(xiàn)正確管理以保證行駛安全?！敬鸢浮看祟}是讀者-寫者問(wèn)題的變形。設(shè)置3個(gè)信號(hào)量S1、S2和Sab，分別用于從a點(diǎn)進(jìn)入的車互斥訪問(wèn)共享變量ab（用于記錄當(dāng)前ab段上由a點(diǎn)進(jìn)入車輛的數(shù)量），從b點(diǎn)進(jìn)入的車互斥訪問(wèn)共享變量ba（用于記錄當(dāng)前ab段上由b點(diǎn)進(jìn)入車輛的數(shù)量）和a、b點(diǎn)的車輛互斥進(jìn)入ab段。3個(gè)信號(hào)量的初值分別為1、1和1，兩個(gè)共享變量ab和ba的初值分別為0、0。semaphore S1=1,S2=1,Sab=1;int ab=ba=0;void Pab() while(1) wait(S1); if(ab=0) wai

23、t(Sab); ab=ab+1; signal(S1); 車輛從a點(diǎn)駛向b點(diǎn); wait(S1); ab=ab-1; if(ab=0) signal(Sab); signal(S1); void Pba() while(1) wait(S2); if(ba=0) wait(Sab); ba=ba+1; signal(S2); 車輛從b點(diǎn)駛向a點(diǎn); wait(S2); ba=ba-1; if(ba=0) signal(Sab); signal(S2); main() cobegin Pab(); Pba(); 4. 將只讀數(shù)據(jù)的進(jìn)程稱為“讀者”進(jìn)程，而寫或修改數(shù)據(jù)的進(jìn)程稱為“寫者”進(jìn)程。允許多個(gè)

24、“讀者”同時(shí)讀數(shù)據(jù)，但不允許“寫者”與其他“讀者”或“寫者”同時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)。另外，要保證：一旦有“寫者”等待時(shí)，新到達(dá)的“讀者”必須等待，直到該“寫者”完成數(shù)據(jù)訪問(wèn)為止。試用P、V操作正確實(shí)現(xiàn)“讀者”與“寫者”的同步。（第二類讀者寫者問(wèn)題，信號(hào)量解決方法）【答案】為了使寫者優(yōu)先，可在原來(lái)的讀優(yōu)先算法的基礎(chǔ)上增加一個(gè)互斥信號(hào)量s，初值為1，使得當(dāng)至少有一個(gè)寫者準(zhǔn)備訪問(wèn)共享對(duì)象時(shí)，它可以使后續(xù)的讀者進(jìn)程等待；整型變量writecount，初值為0，用來(lái)對(duì)寫者進(jìn)行計(jì)數(shù)；互斥信號(hào)量wmutex，初值為1，用來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)寫者對(duì)writecount進(jìn)行互斥訪問(wèn)。Process reader() while(1

25、) wait(s);wait(rmutex);if(readcount=0)wait(mutex);readcount+;signal(rmutex);signal(s);perform read operation;wait(rmutex);readcount-;if(readcount=0)signal(mutex);signal(rmutex); Process writer() while(1) wait(wmutex);if(writecount=0)wait(s);writecount+;signal(wmutex);wait(mutex);perform write operat

26、ion;signal(mutex);wait(wmutex);writecount-;if(writecount=0)signal(s);signal(wmutex);Main( )cobegin reader(); writer(); 5. 一條河上架設(shè)了由若干個(gè)橋墩組成的一座橋。若一個(gè)橋墩只能站一個(gè)人，過(guò)河的人只能沿著橋向前走而不能向后退。過(guò)河時(shí)，只要對(duì)岸無(wú)人過(guò)，就可以過(guò)。但不允許河對(duì)岸的兩個(gè)人同時(shí)過(guò)，以防止出現(xiàn)死鎖。請(qǐng)給出兩個(gè)方向的人順利過(guò)河的同步算法?！敬鸢浮啃盘?hào)量s：互斥使用橋，初值為1信號(hào)量scount1：對(duì)方向1上過(guò)河人計(jì)數(shù)器count1的互斥使用，初值為1信號(hào)量scount2：

27、對(duì)方向2上過(guò)河人計(jì)數(shù)器count2的互斥使用，初值為1信號(hào)量scount：代表橋上過(guò)河人的計(jì)數(shù)信號(hào)量，初值為橋墩個(gè)數(shù)N變量count1：方向1上過(guò)河人計(jì)數(shù)器變量count2：方向2上過(guò)河人計(jì)數(shù)器Semaphore s, scount1, scount2, scount;int count1, count2;s=1; scount1=1; scount2=1; scount=N;count1=0; count2=0;void direct1(int i)wait(scount1);if(count1=0) wait(s);count1+;signal(scount1);wait(scount); 上橋，過(guò)橋，下橋；signal(scount);wait(scou