操作系統(tǒng)PV操作習(xí)題課

P,V操作習(xí)題課主講人：張婷生產(chǎn)者消費(fèi)者問題第一種情況：一個生產(chǎn)者，一個消費(fèi)者，公用一個緩沖區(qū)。定義兩個同步信號量：Se——表示緩沖區(qū)是否為空，初值為1。Sf——表示緩沖區(qū)中是否為滿，初值為0。Buffer:integer;

Se,Sf:semaphore;

Se:=1;Sf:=0;ProcessproducerBegin RepeatProduceaproduct;Wait(Se);Buffer:=product;Signal(Sf);UntilfalseEnd; ProcessconsumerBeginRepeatWait(Sf);Takeaproduct;Signal(Se);Consumer;UntilfalseEnd;生產(chǎn)者消費(fèi)者問題第二種情況：一個生產(chǎn)者，一個消費(fèi)者，公用n個環(huán)形緩沖區(qū)定義兩個同步信號量：Se——表示緩沖區(qū)是否為空，初值為n。Sf——表示緩沖區(qū)中是否為滿，初值為0。

12345NN+11生產(chǎn)者消費(fèi)者問題分析：當(dāng)緩沖區(qū)沒有放滿N個產(chǎn)品時，生產(chǎn)者進(jìn)程調(diào)用wait(Se)都不會成為阻塞狀態(tài)，可把產(chǎn)品送入緩沖區(qū)。但緩沖區(qū)中已有N個產(chǎn)品時，生產(chǎn)者進(jìn)程會阻塞。由于每送入一個產(chǎn)品后要調(diào)用Signal(Sf)

，所以此時Sf的值表示緩沖區(qū)中可取產(chǎn)品數(shù)，只要Sf≠0，消費(fèi)者進(jìn)程調(diào)用wait(Sf)

后可從緩沖區(qū)取產(chǎn)品。每取走一個產(chǎn)品就調(diào)用Signal(Se)，因此增加了一個存放產(chǎn)品的位置。可以用指針in和out分別指示生產(chǎn)者進(jìn)程向緩沖區(qū)送產(chǎn)品和消費(fèi)者進(jìn)程從緩沖區(qū)取產(chǎn)品的相對位置；指針的初始值為“0”。B:array[0..n-1]ofinteger;

in,out:integer; in:=out:=0;

Se,Sf:semaphore;Se:=n;Sf:=0;

ProcessproducerBeginRepeatProduceaproduct;Wait(Se);B[in]:=product;in:=(in+1)modn;Signal(Sf);Untilfalse

End;ProcessconsumerBeginRepeatWait(Sf);TakeaproductfromB[out];out:=(out+1)modn;Signal(Se);

Consumer;UntilfalseEnd;生產(chǎn)者消費(fèi)者問題第三種情況：一組生產(chǎn)者，一組消費(fèi)者，公用n個環(huán)形緩沖區(qū)

生產(chǎn)者消費(fèi)者問題分析：生產(chǎn)者與消費(fèi)者之間要同步M個生產(chǎn)者之間、R個消費(fèi)者之間還必須互斥地訪問緩沖區(qū)。如果M個生產(chǎn)者進(jìn)程各自個向緩沖區(qū)送產(chǎn)品，當(dāng)?shù)谝粋€生產(chǎn)者按指針in指示的位置送一個產(chǎn)品，但在改變指針前可能被打斷執(zhí)行，于是當(dāng)?shù)诙€生產(chǎn)者送產(chǎn)品時仍按原指針?biāo)赋龅奈恢么娣牛@樣兩個產(chǎn)品被放在同一個單元，造成數(shù)據(jù)丟失。同樣，R個消費(fèi)者都要取產(chǎn)品時可能都從指針out指出的位置取產(chǎn)品，造成一個產(chǎn)品被重復(fù)取出。生產(chǎn)者消費(fèi)者問題定義四個信號量：Se——表示緩沖區(qū)是否為空，初值為n。Sf——表示緩沖區(qū)中是否為滿，初值為0。mutex——生產(chǎn)者之間的互斥信號量，消費(fèi)者之間的互斥信號量,初值為1。設(shè)緩沖區(qū)的編號為1～n1，定義兩個指針in和out，分別是生產(chǎn)者進(jìn)程和消費(fèi)者進(jìn)程使用的指針，指向下一個可用的緩沖區(qū)。生產(chǎn)者消費(fèi)者問題生產(chǎn)者進(jìn)程while(TRUE){

生產(chǎn)一個產(chǎn)品;P(Se);P(mutex)；產(chǎn)品送往buffer[in]；

in=(in+1)modn；

V(mutex);V(Sf);}生產(chǎn)者消費(fèi)者問題消費(fèi)者進(jìn)程while(TRUE){P(Sf);P(mutex)；從buffer[out]中取出產(chǎn)品；

out=(out+1)modn；

V(mutex)；

V(Se);

消費(fèi)該產(chǎn)品;}生產(chǎn)者消費(fèi)者問題問題：如果生產(chǎn)者或消費(fèi)者進(jìn)程中的兩個wait操作次序?qū)φ{(diào)可以嗎？在生產(chǎn)者—消費(fèi)者問題中，如果將兩個wait操作，即wait(Sf)和wait(mutex)互換位置后，可能引起死鎖。考慮系統(tǒng)中緩沖區(qū)全滿時，若一生產(chǎn)者進(jìn)程先執(zhí)行了wait(mutex)操作并獲得成功，則當(dāng)再執(zhí)行wait(Se)操作時，它將因失敗而進(jìn)入阻塞狀態(tài)，它期待消費(fèi)者進(jìn)程執(zhí)行signal(Se)來喚醒自己，在此之前，它不可能執(zhí)行signal(mutex)操作，從而使試圖通過執(zhí)行wait(mutex)操作而進(jìn)入自己的臨界區(qū)的其他生產(chǎn)者和所有消費(fèi)者進(jìn)程全部進(jìn)入阻塞狀態(tài)，這樣容易引起系統(tǒng)死鎖。

吃水果問題問題描述：桌上有一空盤，允許存放一只水果。爸爸可向盤中放蘋果，也可向盤中放桔子，兒子專等吃盤中的桔子，女兒專等吃盤中的蘋果。規(guī)定當(dāng)盤空時一次只能放一只水果供吃者取用，請用P、V原語實(shí)現(xiàn)爸爸、兒子、女兒三個并發(fā)進(jìn)程的同步。吃水果問題分析：在本題中，爸爸、兒子、女兒共用一個盤子，盤中一次只能放一個水果。當(dāng)盤子為空時，爸爸可將一個水果放入果盤中。若放入盤中的是桔子，則兒子吃，女兒必須等待；若放入盤中的是蘋果，則女兒吃，兒子必須等待。本題實(shí)際上是生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題的一種變形。生產(chǎn)者放入緩沖區(qū)的產(chǎn)品有兩類，消費(fèi)者也有兩類，每類消費(fèi)者只消費(fèi)其中固定的一類產(chǎn)品。吃水果問題應(yīng)設(shè)置三個信號量：

S：表示盤子是否為空，其初值為l；So：表示盤中是否有桔子，其初值為0；Sa：表示盤中是否有蘋果，其初值為0。吃水果問題father()

Son()

daughter(){

{

{

while(1)

while(1)

while(1)

{

{

{P(S);

P(So);

P(Sa);

將水果放入盤中;

從盤中取出桔子；

從盤中取出蘋果；if（放入的是桔子）V(So);

V(S);

V(S);

elseV(Sa);

吃桔子；

吃蘋果;}}}}}

}

吃水果問題2題目：桌上有一只盤子，允許存放一個水果，父親專向盤中放蘋果，母親專向盤中放桔子，兒子專等吃盤里的桔子，女兒專等吃盤里的蘋果。只要盤子空，則父親或母親可向盤中放水果，僅當(dāng)盤中有自己需要的水果時，兒子或女兒可從中取出。請給出四人之間的同步關(guān)系，并用PV操作實(shí)現(xiàn)四人正確活動的程序。

吃水果問題2分析：四人之間的關(guān)系：1父親、母親要互斥使用盤子，所以兩者之間是互斥關(guān)系；2父親放的蘋果，女兒吃，所以兩者是同步關(guān)系；3母親放的桔子，兒子吃，所以兩者也是同步關(guān)系。semaphoreS_Plate=1,S_Apple=0,S_Orange=0;

voidfather()//父親進(jìn)程{while(1){P(S_Plate);

往盤子中放入一個蘋果；

V(S_Apple);}}voidmother()//母親進(jìn)程{while(1){P(S_Plate);

往盤子中放入一個桔子；

V(S_Orange);}}voidson()//兒子進(jìn)程{while(1){P(S_Orange);

從盤中取出一個桔子；

V(S_Plate);

吃桔子；

}}voiddaughter()//女兒進(jìn)程{while(1){P(S_Apple);

從盤中取出一個蘋果；

V(S_Plate);

吃蘋果；

}}取動物問題題目：有一只鐵籠子，每次只能放入一只動物，獵人向籠中放入老虎，農(nóng)民向籠中放入豬，動物園等待取籠中的老虎，飯店等待取籠中的豬。試用P、V操作寫出能同步執(zhí)行的程序。取動物問題分析：四者之間的關(guān)系：1.獵人和農(nóng)民要互斥使用籠子，所以兩者之間是互斥關(guān)系；

2.獵人放老虎，動物園取老虎，所以兩者是同步關(guān)系；3.農(nóng)民房豬，飯店取豬，所以兩者也是同步關(guān)系。semaphoreS_EmptyCage=1,S_Tiger=0,S_Pig=0;voidhunter()//獵人進(jìn)程{while(1){P(S_EmptyCage);

往籠子里放入一只老虎；

V(S_Tiger);}}voidfarmer()//農(nóng)民進(jìn)程{while(1){P(S_EmptyCage);

往籠子里放入一只豬；

V(S_Pig);}}voidzoo()//動物園進(jìn)程{while(1){P(S_Tiger);

從籠子里取出一只老虎；

V(S_EmptyCage);；

}}voidrestaurant()//飯店進(jìn)程{while(1){P(S_Pig);

從籠子里取出一只豬；

V(S_EmptyCage);；

}}思考題1四個進(jìn)程A、B、C、D都要讀一個共享文件F，系統(tǒng)允許多個進(jìn)程同時讀文件F，但限制是：進(jìn)程A和進(jìn)程C不能同時讀文件F，進(jìn)程B和進(jìn)程D也不能同時讀文件F。請回答下面的問題：(1)應(yīng)定義的信號量及初值：定義二個信號量S1、S2，初值均為1，即：S1=1，S2=1。其中進(jìn)程A和C使用信號量S1，進(jìn)程B和D使用信號量S2。(2)在下列的程序中填上適當(dāng)?shù)腜、V操作，以保證它們能正確并發(fā)工作：

A()B()C()D(){{{{[1][3][5][7]readF;readF;readF;readF;[2]

[4][6][8]}}}}

1.當(dāng)（）時，進(jìn)程從執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫途w狀態(tài)。

A.進(jìn)程被調(diào)度程序選中

B.時間片到

C.等待某一事件

D.等待的事件發(fā)生2.下列各項(xiàng)工作步驟中，（）不是創(chuàng)建進(jìn)程所必需的步驟。

A.建立一個PCBB.作業(yè)調(diào)度程序?yàn)檫M(jìn)程分配CPUC.為進(jìn)程分配內(nèi)存等資源

D.將PCB鏈入進(jìn)程就緒隊(duì)列3.下列關(guān)于進(jìn)程的敘述中，正確的是（）。

A.進(jìn)程通過進(jìn)程調(diào)度程序而獲得CPU。

B.優(yōu)先級是進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度的重要依據(jù)，一旦確定不能改變。

C.在單CPU系統(tǒng)中，任一時刻都有1個進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài)。

D.進(jìn)程申請CPU得不到滿足時，其狀態(tài)變?yōu)榈却隣顟B(tài)。BBA4.從資源管理的角度看，進(jìn)程調(diào)度屬于（）。

A.I/O管理

B.文件管理

C.處理機(jī)管理

D.存儲器管理5.一個進(jìn)程釋放一種資源將有可能導(dǎo)致一個或幾個進(jìn)程（）。

A.由就緒變運(yùn)行

B.由運(yùn)行變就緒

C.由阻塞變運(yùn)行

D.由阻塞變就緒6.一次I/O操作的結(jié)束，有可能導(dǎo)致（）。

A.一個進(jìn)程由睡眠變就緒

B.幾個進(jìn)程由睡眠變就緒

C.一個進(jìn)程由睡眠變運(yùn)行

D.幾個進(jìn)程由睡眠變運(yùn)行CDA7.在下面的敘述中，不正確的是（）。

A.一個進(jìn)程可創(chuàng)建一個或多個線程

B.一個線程可創(chuàng)建一個或多個線程

C.一個線程可創(chuàng)建一個或多個進(jìn)程

D.一個進(jìn)程可創(chuàng)建一個或多個進(jìn)程8.若系統(tǒng)中只有用戶級線程，則處理機(jī)調(diào)度單位是（

）。

A.線程

B.進(jìn)程

C.程序

D.作業(yè)9.下列幾種關(guān)于進(jìn)程的敘述，（

）最不符合操作系統(tǒng)對進(jìn)程的理解？

A.進(jìn)程是在多程序并行環(huán)境中的完整的程序。

B.進(jìn)程可以由程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊描述。

C.線程是一種特殊的進(jìn)程