进程同步习题全

process R1 begin L1:从磁盘上读数据送x1; P(mutex); B:=x1; V(s1); goto L1 end;
process W1 begin L3: P(s1); y:=B; V(mutex); 打印y goto L3 end;
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process R2 begin L2:从键盘上读数据送x2; P(mutex); B:=x2; V(s2); goto L2 end;
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【例】进程P1使用缓冲区buffer向进程P2,P3,P4发 送消息，要求每当P1向buffer中发消息时，只有 当P2,P3,P4进程都读取这条消息后才可再向 buffer中发送消息。利用PV原语描述进程的动作 序列
P2 P1 buffer P3
P4
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【解答】设置信号量初值S1=S2=S3=0,S=3 进程P1 进程P2 进程P3 P4 P(S) P(S1) P(S2) P(S3) P(S) 读消息 读消息 读消息 P(S) V(S) V(S) V(S) 发送消息到 Buffer V(S1) V(S2)
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生产者i repeat P(empty) P(mutex) putdata V(mutex) V(full)
消费者i repeat P(full) P(mutex) getdata V(mutex) V(empty)
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【例】多个生产者，多个消费者，N个buffer，多次循环存 取buffer,即多个生产者不断进行putdata操作，多个消费 者不断进行getdata操作 【解答】 只有buffer有空间时才能进行putdata操作 只有buffer有数据时才能进行getdata操作 不允许多个消费者和多个生产者同时操作 信号量 full:表示buffer是否有数据，初值为0 empty:表示buffer是否为空，初值为n mutex:表示buffer是否可操作，初值为1
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semaphore mutex,empty,full=1,n,0 integer pbuff,pdata=0,0 生产者i repeat P(empty) P(mutex) in=getEBuffer() out=getDBuffer() V(mutex) putdata(in) getdata(out) V(full) V(empty)
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【例】一个buffer,一个生产者，一个消费者，生产 者不断进行putdata操作，消费者不断进行 getdata操作，即生产者不断生产，消费者不断消 费。 【解答】buffer为空时，才能进行putdata操作，只 有buffer有数据时，才能进行getdata操作 信号量 full:是否有数据初值为0 empty:是否为空，初值为1
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【分析】把进程R看作是生产者，把进程W1和W2看作是消费 者。现在有一个生产者（进程R)能生产不同的产品（读入 奇数或偶数），把生产的产品存放在缓冲器B中，供不同 的消费者（进程W1和进程W2）取用。可以看出，当进程R 读入的是整数，则要把有奇数的消息发送给进程W1；当进 程R读入的是偶数，则要把有偶数的消息发送给W2，在进 程W1或进程W2从缓冲器中取出数后，应把缓冲器中又可有 一个数的消息告诉进程R，于是，可以定义如下3个信号量： S表示是否可以把数存入缓冲器，由于缓冲器中每次只能放 一个数，所以其初值取为”1“ SO：表示缓冲器中是否有奇数，初值为”0“，表示无奇数 SE：表示缓冲器是否偶数，初值为0，表示无偶数
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R1
W1
R2
W2
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【解答】4个进程互斥，R1，W1同步，R2，W2同步 mutex：表示能否把数据存如缓冲器，初始化时缓 冲器为空，故初值为1 S1：进程R1是否已向缓冲器存入一个数据，初值为 0 S2：进程R2是否已向缓冲器存入一个数据，初值为 0
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begin mutex,s1,s2:semaphore; s:=1;s2:=0;s2:=0; cobegin
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【例】一个buffer,一个生产者，一个消费者，生产 者只生产一个东西，消费者只进行一次消费，即： 生产者只进行一次putdata操作，消费者只进行一次 getdata操作。
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【解答】 设置信号量full,表示buffer是否有数据,初值为0 生产者 消费者 putdata P(full) V(full) getdata
process W2 begin L4: P(s2); z:=B; V(mutex); 打印z; goto L4 end;
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【例】假定有3个进程R，W1，W2共享一个缓冲器，而B中每 次只能存放一个数，当缓冲器中无数时，进程R可将M输入 设备上读入的数存放到缓存器B中，若存放到缓存器中的 是奇数，则允许进程W1将其取出打印；若存放到缓冲器中 的是偶数，则允许进程W2将取出打印。同时规定：进程R 必须等缓冲器中的数被取出打印后才能再存放一个数；进 程W1或W2对每次存入缓冲器中的数只能打印一次；W1和W2 都不能从空的缓冲器中取数。写出这3个并发进程能正确 工作的程序。
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<GET类进程> repeat 判断buff2是否有数据，没有则等待 是否可操作buff2 GET 设置buff1可操作标志 设置buff1有空间标志
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4 信号量 设置6个信号量 full1:buff1是否有数据，初值为0 empty1:buff1有空间，初值为m mutex1:buff1是否可操作，初值为1 full2:buff2是否有数据，初值为0 empty2:buff2有空间，初值为n mutex2:buff2是否可操作，初值为1
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PUT MOVE Buff1 Buff2
GET
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【解答】三类进程：多个PUT类进程，一个MOVE类进 程，多个GET类进程 操作规则 1 只有buff1有空间才能进行PUT操作 2 只有buff1有数据，buff2有空间才能进行MOVE操 作 3 只有buff2有数据才能进行GET操作 4 不允许多个进程同时操作buff1 5 不允许多个进程同时操作buff2
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生产者： repeat P(empty) putdata V(full)
消费者： repeat P(full) getdata V(empty)
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【例】一个buffer,多个生产者，多个消费者，多个生产者 和消费者都在不断地存取buffer，即生产者不断地进行 putdata操作，消费者不断进行getdata操作。 【解答】 只有buffer为空时能进行putdata操作，只有buffer有数据 时能进行putdata操作。 不允许多个进程同时操作buffer,即不允许多个消费者同时 进行getdata,不允许多个生产者进行putdata操作 信号量 full:buffer是否有数据，初值为0 empty:buffer是否为空，初值为1 mutex:buffer是否可操作，初值为1
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设有n个进程共享一个程序段，对如下两种情况： （1)如果每次只允许一个进程进入该程序段； (2)如果每次最多允许m个进程(M＜＝n)同时进入该 程序段。 试问：所采用的信号量初值是否相同?信号量值的变 化范围如何? 所采用信号量的初值不相同。 在情况(1)中，信号量的初值为1， 信号量值的变化范围是l，0，-1…-(n-1)。 在情况(2)中，信号量的初值为M， 信号量值的变化范围是M，m-1，m-2…(m-n)。
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5 PV操作实现 <PUT类进程> repeat p(empty1);//判断buff1是否有空间，没有 则等待 p(mutex1);//是否可操作buff1 PUT; v(mutex1);//设置buff1可操作标志 v(full);//设置buff1有数据标志
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<MOVE类进程> repeat P(full1）；判断buff1是否有数据，没有则等待 P(empty2);//判断buff2是否有空间，没有则等待 P(mutex1);//是否可操作buff1 P(mutex2);//是否可操作buff2 MOVE; V(mutex1);//设置buff1可操作标志 V(mutex2);//设置buff2可操作标志 V(empty1);//设置buff1有空间标志 V(full2);//设置buff2有数据标志
进程
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【例】设A，B为两个并发进程，它们共享一个临界 区，其执行临界区的算法框图如下。试判断该算 法是否有错？请说明理由。如果有错，请改正。 S1，S2的初值为0，CSA,CSB为临界区。
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操作流程 <PUT类进程> repeat 判断buff1是否有空间，没有则等待 是否可操作buff1 PUT 设置buff1可操作标志 设置buff1有数据的标志 until false
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<MOVE类进程> repeat 判断buff1是否有数据，没有则等待 判断buff2是否有空间，没有则等待 是否可操作buff1 是否可操作buff2 MOVE 设置buff1可操作标志 设置buff2可操作标志 设置buff1有空间标志 设置buff2有空间标志
消费者j repeat P(full) P(mutex)
V(mutex)
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【练习】如图，有多个PUT操作同时向Buff1放数据， 有一个MOVE操作不断地将Buff1的数据移到Buff2, 有多个GET操作不断地从Buff2中将数据取走。 Buff1的容量是m,Buff2的容量是n,PUT,MOVE,GET 每次操作一个数据，在操作的过程中要保证数据 不丢失。试用P,V原语协调PUT,MOVE操作，并说明 每个信号量的含义和初值。
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<GET类进程> repeat P(empty2);//判断buff2是否有空间，没有则 等待 P(mutex2);//是否可操作buff2 GET V(mutex2);//设置buff2可操作标记 V(full2);//设置buff2有数据标记
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【例】现有4个进程R1，R2，W1，W2。它们共享可以存放一 个数据的缓冲器B。进程R1每次把磁盘上读出的一个数据 存到缓冲器B中，供进程W1打印输出；进程R2每次从键盘 上读一个数据存放到缓冲器B，供W2打印输出。当一个进 程把数据存放到缓冲器后，在该数据还没有打印输出之前 不准任何进程再想缓冲器中存数据。当一个进程已把缓冲 器中的数据打印输出后，在缓冲器中还没有存如新数据之 前不准任何进程再从缓冲器中取数打印。问怎样用PV操作 使这4个进程并发执行时能相互协作地工作？
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【解答】 integer B; semaphore S,SO,SE SO=0;SE=0: integer x L1:从输入设备读入一个数 X=读入的数 P(S); B=X if(B=偶数）V(SO) else V(SE) goto L1
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Hale Waihona Puke 【例】设有一个具有N个信息元素的环形缓冲区，A 进程顺序地把信息写入缓冲区，B进程依次从缓冲 区读出信息。回答下列问题： 1 叙述A，B两进程的相互制约关系 2 判别下列用PV操作表示的同步算法是否正确？如 不正确，试说明理由，并修改成正确的算法。 设置信号量初值:S1＝0，S2＝N; 设置变量初值：in=out=0;
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生产者i repeat P(empty) P(mutex) putdata V(mutex) V(full)
消费者j repeat P(full) P(mutex) putdata V(mutex) V(empty)
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【改进】putdata和getdata操作都在临界区中，因此 多个进程对多个buffer的操作不能并行进行的，进 程间并行操作的程度很低。实际上只要保证多个进 程同时操作不同buffer就可以实现对整个buffer的 并行操作。 getEBuffer()返回空的buffer号 getEBuffer() return (pbuffer+1)mod n getDBuffer()返回有数据的buffer号 getDBuffer() return (pdata+1)mod n