PV操作习题答案.docx

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1、PV操作习题答案 End; 1 写出程序描述下列前趋关系。 Parend S1-S2, S1-S3, S2-S4, end 信号量应用问题： S2-S5 , S3-S6, S4-S7, S5-S7, S6-S7 Var s1,s2, s3,s4:semaphore:=0, 0, 0, 0; Begin Parbegin P1: begin .; V(s1); V(s1); End; P2: begin P(s1); ; V(s2); V(s2); End; P3: begin P(s1) V(s3) End; P4: begin P(s2); V(s4); P5: begin P(s2); .

2、; V(s4); End; P6: begin P(s3) . V(s4) End; P7:begin P(s4); P(s4); P(s4); 2. 请用信号量实现4100接力赛的同步过程。 提示：前趋图同步问题，可设4个进程，三个信号量，进程1只设V操作，进程4只设P操作，其余进程先做P操作再做V操作。 Var s1,s2,s3:semaphore:=0, 0, 0; Begin Parbegin Athlete1: begin Run 100m; V(s1); End; Athlete2: begin P(s1) Run 100m; V(s2); End; Athlete3: begin

3、 P(s2) ; Run 100m; V(s3); End; Athlete4: begin P(s3); Run 100m; End; Parend end 3设公共汽车上，司机和售票员的活动分别是： 司机： 售票员： 启动车辆 上乘客 正常行车 关车门 到站停车 售票 开车门 下乘客 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？请用信号量机制实现他们的同步。 /-假定初始状态为停车状态，引入信号量Stop和Run： BEGIN semaphore Stop,Run; Stop:=Run:=0; CoBegin Driver: BEGIN Repeat Wait(Run);

4、 启动车辆； 正常行驶； 到站停车； Signal(Stop); Until False; END; Conductor:BEGIN Repeat 上乘客； 关车门； Signal(Run); 售票； Wait(Stop); 开车门； 下乘客； Until False; END; CoEnd; END; 生产者消费者问题： 1桌上有一个可以容纳两个水果的盘子，每次只能放或取一个水果。爸爸放苹果妈妈放橘子，两个儿子吃苹果，两个女儿吃橘子。试用信号量和P、V操作，编写实现爸爸、妈妈、儿子和女儿的并发工作程序。 Mutex实现互斥放或取水果。 empty盘子可放水果数 Apple 盘子中放的苹果数

5、Orange 盘子中放的橘子数 Semaphore mutex=1; Semaphore empty=2; Semahpore apple=0; Semahpore orange=0; Main Cobegin Father; Mother; Son; Daughter; ; Coend) Father While(true) p(empty) P(mutex) 放苹果 V(mutex) V(apple) Mother While(true) p(empty) P(mutex) 放橘子 V(mutex) V(orange) Son While(true) p(apple) P(mutex) 取

6、苹果 V(mutex) V(empty) Daughter While(true) p(orange) P(mutex) 取橘子 V(mutex) V(empty) 2、有一个仓库存放两种零件A和B，最大库容量各为m个。有一车间不断地取A和B进行装配，每次各取一个。为了避免零件锈蚀，遵循线入库者先出库的原则。有两组供应商分别不断地供应A和B，为保证齐套和合理库存，当某种零件的数量比另一种数量超过n个时，暂停对数量大的零件的进货，集中补充数量少的零件。试用P、V操作正确实现之。 semaphore mutex=1, emptya=emptyb=m, fulla=fullb=0, sa=sb=n;

7、 main CoBegin Provider_A; /零件A供应商 Provider_B; /零件B供应商 Assembling_Shop; /装配车间 CoEnd Provider_A while(true) p(emptya); p(sa); p(mutex); 将零件A放入仓库; v(mutex); v(fulla); v(sb); Provider_B while(true) p(emptyb); p(sb); p(mutex); 将零件B放入仓库; v(mutex); v(fullb); v(sa); Assembling_Shop while(true) p(fulla); p(f

8、ullb); p(mutex); 装配零件; v(mutex); v(emptya); v(emptyb); 3、有一个仓库，可以存放A和B两种产品，仓库的存储空间足够大，但要求： 每次只能存入一种产品； -NA产品数量-B产品数量M。 其中，N和M时正整数。 试用“存放A”、“存放B”和P、V操作描述产品A与产品B的入库过程。A-BM说明：如果只放A不放B，则A最多可放M-1个，如果多放一个B，则可以多放一个A。 B-AN说明：如果只放B不放A，则B最多可放N-1个，如果多放一个A，则可以多放一个B。 /2-BEGIN Mutex,SA,SB:semaphore; Mutex:=1; SA:

9、=M-1; SB:=N-1; parBegin process PA Begin loop: P(SA); P(Mutex); 存放A; V(Mutex); V(SB); Goto loop; End; process PB Begin loop: P(SB); P(Mutex); 存放B; V(Mutex); V(SA); Goto loop; End; parEnd; END; /北大91 读者写者问题： 1、多个进程共享一个文件，其中只读文件的程值为读者，其余只写文件的称为写者。读者可以同时读，但写者只能独立地写。 说明进程间的相互制约关系，应设置哪些信号量？ 用P、V操作写出其同步算法

10、； 修改上述算法，使得它对写者优先，即一旦有写者到达，后续的读者都必须等待，而无论是否有读者在读文件。理发店有一个等候室和一个理发室。如果没有顾客来理发，理发时就在理发椅上睡觉，如果一个走进理发店，发现等候室的椅子都坐满就离开理发店；如果理发师正忙于理发，那么该顾客就坐在一把空椅子上等待；若理发师正在睡觉，则顾客就唤醒他。用P、V操作写出工作流程。 考点： 用PV原语实现同步 Semaphore costomers=0; 等候的顾客数 Semaphore barbers=0; 等候顾客的理发师数 Semaphore mutex=1; Int waiting =0; 等候的顾客数； Void b

11、arber(void) while (true) P(customers); P(mutex); waiting = waiting 1 ; V(barbers); V(mutex); cut_hair( ); 顾客进程 Void customers(void) P(mutex); if(waitingchairs) waiting = waiting + 1 ; V(customers); V(mutex); P(barbers); get_hair( ); else V(mutex); 提示：考虑一下理发师重复的下列活动：睡觉；为顾客理发； 顾客重复的下列活动：在椅子上等候；理发；离开；

12、显然，理发师在处要考察是否有顾客等候理发，如果没有，理发师睡觉；在处理发师等待最先进入理发店的顾客唤醒，开始理发。 顾客在处先看是否有座位，没有则离开；等候理发的顾客在处被理发师唤醒；理发结束后离开。 在这两个活动中，从资源的角度来看，理发师是顾客争用的资源，用信号量barber表示，初值为0；除此以外，顾客还要争用n张椅子，信号量customers表示等候理发的顾客数，初值为0；最后设置信号灯变量mutex用于这两个活动对资源barber、customers的互斥，初值为1。 2复印室里有一个操作员为顾客复印资料，有5把椅子供顾客休息等待复印。如果没有顾客，则操作员休息，当顾客来到复印室时，

13、如果有空椅子则坐下来，并唤醒复印操作员；如果没有空椅子必须离开复印室。试用信号量几P、V操作实现顾客和操作员活动的同步。 Customers 表示正在等待复印的顾客数 Operator 代表操作员的状态，只能取1或0； Waiting 表示正在等待的顾客数； Mutex实现对waiting的互斥访问 customers, operator,mutex: semaphore; waiting: inteter; customers=0; operator=0; mutex=1; process operator begin loop: p(customers); 复印； V(operator);

14、 Goto loop; End; Process coutomeri Begin P(mutex); If waiting 5 then Begin Waiting=waiting+1; V(custormers); V(mutex); P(operator); P(mutex); Waiting=waiting-1; V(mutex); End Else Begin V(mutex); End; End; 4理发师问题：一个理发店有一个入口和一个出口。理发店内有一个可站5 位顾客的站席 区、4 个单人沙发、3 个理发师及其专用理发工具、一个收银台。新来的顾客坐在沙发上等 待；没有空沙发时，可

15、在站席区等待；站席区满时，只能在入口外等待。理发师可从事理 发、收银和休息三种活动。理发店的活动满足下列条件： 1）休息的理发师是坐地自己专用的理发椅上，不会占用顾客的沙发； 2）处理休息状态的理发师可为在沙发上等待时间最长的顾客理发； 3）理发时间长短由理发师决定； 4）在站席区等待时间最长的顾客可坐到空闲的理发上； 5）任何时刻最多只能有一个理发师在收银。 试用信号量机制或管程机制实现理发师进程和顾客进程。 原理： (1)customer 进程： 首先检查站席区是否已满,若满选择离开，否则进入站席区，即进入 理发店。在站席区等待沙发的空位，如果沙发已满，则进入阻塞等待队列， 直到出现空位，

16、在站席区中等待时间最长的顾客离开站席区。坐到沙 发上，等待理发椅(barber_chair)，如果理发椅已满，则进入阻塞等待队列，直到出现 空位，在沙发上等待时间最长的顾客离开沙发。坐到理发椅上，释放 准备好的信号，获得该理发师的编号。等待理发师理 发结束。在离开理发椅之前付款，等待收据 (receipt)，离开理发椅。最后离开理发店。 这里需要注意几点： a) 首先是几个需要进行互斥处理的地方，主要包括:进入站席区、进入沙发、进入理发椅 和付款几个地方。 b) 通过barber_chair 保证一个理发椅上最多只有一名顾客。但这也不够，因为单凭 baber_chair 无法保证一名顾客离开理

17、发椅之前，另一位顾客不会坐到该理发椅上， 因此增加信号量leave_barberchair，让顾客离开理发椅后，释放该信号，而理发 师接收到该信号后才释放barber_chair 等待下一位顾客。 c) 在理发的过程中，需要保证是自己理发完毕，才能够进行下面的付款、离开理发椅的活 动。这个机制是通过customer 进程获得给他理发的理发师编号来实现的，这样，当 该编号的理发师释放对应的finished信号的时候，该顾客才理发完毕。 d) 理发师是通过mutex 信号量保证他们每个人同时只进行一项操作。 e) 为了保证该顾客理发完毕后马上可以付款离开，就应该保证给该顾客理发的理发师在理 发完毕

18、后马上到收银台进入收款操作而不是给下一位顾客服务。在伪码中由以下机制实 现：即顾客在释放离开理发椅的信号前，发出付款的信号。这样该理发师得不到顾客的 离开理发椅的信号，不能进入下一个循环为下一名顾客服务，而只能进入收款台的收款 操作。直到顾客接到收据后，才释放离开理发椅的信号，离开理发椅，让理发师释放该 理发椅的信号，让下一位等待的顾客坐到理发椅上。 (2)barber 进程 首先将该理发师的编号压入队列，供顾客提取。等待顾客坐到理发椅坐好(信号量 customer_ready)，开始理发，理发结束后释放结束信号。等待顾客 离开理发椅，释放理发椅空闲信 号(barber_chair)，等待下一

19、位顾客坐上来。 (3)cash进程 等待顾客付款(payment),执行收款操作，收款操作结束，给付收据。 信号量总表： 信号量 wait signal stand_capacity 顾客等待进入理发店 顾客离开站席区 sofa 顾客等待坐到沙发 顾客离开沙发 barber_chair 顾客等待空理发椅 理发师释放空理发椅 customer_ready 理发师等待，直到一个顾客坐 到理发椅 顾客坐到理发椅上，给理发师 发出信号 mutex 等待理发师空闲，执行理发或 收款操作 理发师执行理发或收款结束， 进入空闲状态 mutex1 执行入队或出队等待 入队或出队结束，释放信号 finished

20、 顾客等待对应编号理发师理 发结束 理发师理发结束，释放信号 leave_barberchair 理发师等待顾客离开理发椅 顾客付款完毕得到收据，离开 理发椅释放信号 payment 收银员等待顾客付款 顾客付款，发出信号 receipt 顾客等待收银员收、开具收据收银员收款结束、开具收据， 释放信号 伪码： semaphore stand_capacity=5; semaphore sofa=4; semaphore barber_chair=3; semaphore customer_ready=0; semaphore mutex=3; semaphore mutex1=1; semap

21、hore finished3=0,0,0; semaphore leave_barberchair=0; semaphore payment=0; semaphore receipt=0; void customer int barber_number; wait(stand_capacity); /等待进入理发店 enter_room; /进入理发店 wait(sofa); /等待沙发 leave_stand_section; /离开站席区 signal(stand_capacity); sit_on_sofa; /坐在沙发上 wait(barber_chair); /等待理发椅 get_u

22、p_sofa; /离开沙发 signal(sofa); wait(mutex1); sit_on_barberchair; /坐到理发椅上 signal(customer_ready); barber_number=dequeue; /得到理发师编号 signal(mutex1); wait(finishedbarber_number); /等待理发结束 pay; /付款 signal(payment); /付款 wait(receipt); /等待收据 get_up_barberchair; /离开理发椅 signal(leave_barberchair); /发出离开理发椅信号 exit_

23、shop; /了离开理发店 void barber(int i) while(true) wait(mutex1); enqueue(i); /将该理发师的编号加入队列 signal(mutex1); wait(customer_ready); /等待顾客准备好 wait(mutex); cut_hair; /理发 signal(mutex); signal(finished); /理发结束 wait(leave_barberchair); /等待顾客离开理发椅信号 signal(barber_chair); /释放barber_chair 信号 void cash /收银 while(tru

24、e) wait(payment); /等待顾客付款 wait(mutex); /原子操作 get_pay; /接受付款 give_receipt; /给顾客收据 signal(mutex); signal(receipt); /收银完毕，释放信号 分析： 在分析该问题过程中，出现若干问题，是参阅相关资料后才认识到这些问题的隐蔽性和严重 性的,主要包括： 在顾客进程，如果是在释放leave_barberchair 信号之后进行付款动作的话，很 容易造成没有收银员为其收款的情形， 原因是： 为该顾客理发的理发师收到 leave_barberchair 信号后，释放barber_chair 信号，另

25、外一名顾客坐到理发椅上， 该理发师有可能为这另外一名顾客理发，而没有为刚理完发的顾客收款。为解决这个问题， 就是采取在释放leave_barberchair 信号之前，完成付款操作。这样该理发师无法进入 下一轮循环为另外顾客服务，只能到收银台收款。 本算法是通过给理发师编号的方式，当顾客坐到某理发椅上也同时获得理发师的编号， 如此，当该理发师理发结束，释放信号，顾客只有接收到为其理发的理发师的理发结束信号 才会进行付款等操作。这样实现，是为避免这样的错误，即：如果仅用一个finished 信 号量的话，很容易出现别的理发师理发完毕释放了finished 信号，把正在理发的这位顾 客赶去付款,而已经理完发的顾客却被阻塞在理发椅上的情形。当然也可以为顾客进行编 号，让理发师获取他理发的顾客的编号，但这样就会限制顾客的数量，因为finished 数组不能是无限的。而为理发师编号，则只需要三个元素即可。