单片机习题

习题一：试写出相应的程序来描述图2.7所示的前趋关系
解答：
Var a,b,c,d,e,f,g,h :semaphore:=0,0,0,0,0,0,0,0; Begin
parbegin
begin S1; signal(a); signal(b); end;
begin wait(a); S2; signal(c); signal(d); end; begin wait(b); S3; signal(e); end;
begin wait(c); S4; signal(f); end;
begin wait(d); S5; signal(g); end;
begin wait(e); S6; signal(h); end;
begin wait(f); wait(g); wait(h); S7; end; parend
end
习题二：有8个程序段p1，…，p8的，它们在并发执行时有如图所示的制约关系试用信号量实现这些程序段间的同步。

习题三：设有两个生产者进程A、B和一个销售者进程C，他们共享一个无限大的仓库，生产者每次循环生产一个产品，然后入库供销售者销售；销售者每次循环从仓库中取出一个产品进行销售。

如果不允许同时入库，也不允许边入库边出库，而且要求生产A产品和B产品的件数满足以下关系：
的件数的件数
n A-B m
-≤≤
其中n、m是正整数，但对仓库中A产品和B产品的件数无上述要求，请用信号量机制写出A、B、C三个进程的工作流程。

解答：
分析：本题中存在着以下的同步和互斥关系：①生产者A、B和消费者C之间，不能同时将产品入库和出库，故仓库是一个临界资源。

②两个生产者之间必须进行同步。

当生产的A、B产品的件数之差大于等于m时，生产者A必须等待；小于等于-n时，生产者B必须等待。

这种关系可想象成有两种令牌，分别跟允许A 和B生产的产品数量相关，A和B必须取得对应的令牌后才能生产产品，故这两类令牌也就是两种临界资源。

③生产者和销售者之间也必须进行同步，只有当生产者生产出产品并入库后，销售者才能进行销售。

为了互斥地入库和出库，需为仓库设置一初值为1的互斥信号量mutex；为了使生产的产品件数满足：n A-B m
-≤≤
的件数的件数，需设置两个信号量，其中SAB 表示当前允许A生产的产品数量，其初值为m，SBA表示当前允许B生产的产品数量，其初值为n；还需设置一个初值为0的资源信号量S，对应于仓库中的产品量。

具体的同步算法如下：
Var SAB,SBA,S, mutex:semaphore:=m,n,0 ,1;
begin
parbegin
process A:
begin
repeat
wait(SAB);
produce a product A;
signal(SBA);
wait(mutex);
add the product A to the storehouse;
signal (mutex);
signal(S);
until false
end
process B:
begin
repeat
wait(SBA);
produce a product B;
signal(SAB);
wait(mutex);
add the product B to the storehouse;
signal(mutex);
signal(S);
until false
end
process C:
begin
repeat
wait(S);
wait(mutex);
take a product A or B from storehouse;
signal(mutex);
sell the product;
until false
end
parend
end
习题四：试用记录型信号量写出一个不会死锁的哲学家进餐问题的算法。

分析：此题有多种解决方法。

其中之一是只允许4个哲学家同时进餐，以保证至少有一个哲学家可以进餐，最终才可能由他释放出其所用过的两只筷子，从而使更多的哲学冢可以进餐。

为此，需设置一个信号量Sm来限制同时进餐的哲学家数目，使它不超过4，Sm的初值也应置成4（也可想象成桌上有4块令牌，只有拿到令牌的哲学家才能进餐，这样令牌就是一种临界资源，故可为它们设置一个初值为4的信号量Sm）。

答:除了为每只筷子设置一个初值为1的信号量chopstick[i](i=0,…,4)外，还需再设置一个初值为4的信号量Sm，以限制同时就餐的哲学家人数不超过4。

第i个哲学家的活动可描述为:
repeat
wait(Sm);
wait(chopstick[i]);
wait(chopstick[(i+l)mod 5]);
eat;
signal(chopstick[i]);
signal (chopstick[(i+l)mod 5]);
signal(Sm);
think;
until false;
习题五：嗜睡的理发师问题：
一个理发店由一个有N张沙发的等候室和一个放有一张理发椅的理发室组成。

没有顾客要理发时，理发师便去睡觉。

当一个顾客走进理发店时，如果所有的沙发都已被占用，他便离幵理发店；否则，如果理发师正在为其他顾客理发，则该顾客就找一张空沙发坐下等待；如果理发师因无顾客正在睡觉，则由新到的顾客唤醒理发师为其理发。

在理发完成后，顾客必须付费，直到理发师收费后才能离开理发店。

试用信号量实现这一同步问题。

解答：
分析：本题中，顾客进程和理发师进程之间存在着多种同步关系：
1、只有在理发椅空闲时，顾客才能坐到理发椅上等待理发师理发，否则顾客便必须等待；只有当理发椅上有顾客时，理发师才可以开始理发，否则他也必须等待。

这种同步关系类似于单缓沖(对应于理发椅)的生产者一消费者问题中的同步关系，故可通过信号量empty和full来控制。

2、顾客理完发后必须向理发师付费，并等理发师收费后顾客才能离开，而理发师则需等待顾客付费，并在收费后通知顾客离开，这可分别通过两个信号量payment和receipt控制。

3、等候室中的N张沙发是顾客进程竞争的资源，故还需为它们设置一个资源信号量sofa。

4、为了控制顾客的人数，使顾客能在所有的沙发都被占用时离开理发店，还必须设置整型变量count来对理发店中的顾客进行计数，该变量将被多个顾客进程互斥地访问并修改，这可通过一个互斥信号量mutex来实现。

为解决上述问题，需设置一个整型变量count用来对理发店中的顾客进行计数，并需设置6个信号量。

其中：mutex用来实现顾客进程对count变量的互斥访问，其初值为1；sofa是对应于等候室中N张沙发的资源信号量，其初值为N。

empty 表示是否有空闲的理发，其初值为1；full表示理发椅上是否坐有等待理发的顾客，其初值为0；payment用来等待付费，其初值为 0；receipt用来等待收费，其初值为 0。

具体的算法描述如下：
var count:integer:=0;
mutex,sofa,empty,full:semaphores:=1,N,1,0;
cut,payment,receipt:semaphore:= 0,0,0; ^
begin
parbegin
guest: begin
wait(mutex);
if(count>N) then
begin
signal(mutex);
离开理发店
end
else
begin
count:=count+l;
signal(mutex);
if(count>l) then
begin
wait(sofa);
在沙发中就座
wait(empty);
从沙发上起来；
signal(sofa);
end
else /* count=l */
begin
wait(empty);
end
在理发椅上就座
signal(full);
理发；付费；
signal(payment);
wait(receipt);
从理发椅上起来；
signal(empty);
wait(mutex);
count:=count-1;
signal(mutex);
离开理发店
end
end
barber:
begin
repeat
wait(full);
替顾客理发
wait(payment);
收费
signal(recipt);
until false
end
parend
end。