操作系统同步例题

13. 对于生产者—消费者问题，假设缓冲区是无界的，试用信号灯与PV操作给出解法。答：由于是无界缓冲区，所以生产者不会因得不到缓冲区而被阻塞，不需要对空缓冲区进行管理，可以去掉在有界缓冲区中用来管理空缓冲区的信号量及其PV操作。

semaphore mutex_in=1;

semaphore mutex_out=1;

semaphore empty=0;

int in=0，out=0;

生产者活动：

while(1){

produce next product;

P(mutex_in);

add the product to buffer[in]; in++;

v(mutex_in);

V(empty);

} 消费者活动：

while(1){

P(empty);

P(mutex_out);

take the product from buffer[out]; out++;

V(mutex_out);

}

14. 设有一个可以装A、B两种物品的仓库，其容量无限大，但要求仓库中A、B两种物品的数量满足下述不等式:

-M≤A物品数量－B物品数量≤N

其中M和N为正整数。试用信号灯和PV操作描述A、B两种物品的入库过程。

答：已知条件 -M≤A物品数量－B物品数量≤N 可以拆成两个不等式，即

A物品数量－B物品数量≤N，

B物品数量－A物品数量≤M。

这两个不等式的含义是：仓库中A物品可以比B物品多，但不能超过N个；Ｂ物品可以比A 物品多，但不能超过M个。

semaphore a=n;

semaphore b=m;

void main(){

createprocess(A,…);

createprocess(B,…);

}

A物品入库：void A(){ while(1){

P(a);

A物品入库; V(b);

}

}B物品入库：void B(){ while(1){

P(b);

B物品入库; V(a);

}

}

15. 试用信号灯与PV操作实现司机与售票员之间的同步问题。设公共汽车上有一个司机和一个售票员，其活动如下图

所示。

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为了安全起见，显然要求: (1)关车门后方能启动车辆；(2)到站停车后方能开车门。亦即“启动车辆”这一活动应当在“关车门”这一活动之后，“开车门”这一活动应当在“到站停车”这一活动之后。

解：如果进程P2尚未推进到②处时，进程P1已经推进到①处，则P1应等待直到P2推进到②处为止；同样，如果进程P1尚未推进到③处时，进程P2已经推进到④处，则P2应等待直到P1推进到③处为止。如果进程P1在①处发生了等待，则当进程P2执行到②处时应将P1唤醒；同样，如果进程P2在④处发生了等待，则当进程P2执行到③处时应将P1唤醒。用信号量和P、V操作解决这一问题，需要定义两个信号量，一个信号量start表示是否允许司机启动车辆，另一个信号量open表示是否允许售票员开车门。初始状态是车停在始发站，车门开着，等待乘客上车。因此，两个信号量的初值都是0。

semaphore start=0;

semaphore open=0;

司机的活动: P1: do{

P(start); 启动车辆;正常行车;到站停车; V(open);售票员的活动: P2: do{

关车门;

V(start);

售票;

P(open);

开车门;

}while (1);}while (1);

16. 设有A、B、C三组进程，它们互斥地使用某一独占型资源R，使用前申请，使用后释放。资源分配原则如下:

(1) 当只有一组申请进程时，该组申请进程依次获得R；

(2) 当有两组申请进程时，各组申请进程交替获得R，组内申请进程依次获得R；

(3) 当有三组申请进程时，各组申请进程轮流获得R，组内申请进程依次获得R。

试用信号灯和PV操作分别给出各组进程的申请活动程序段和释放活动程序段。

解：

int free=1;

设自行车生产线上有一只箱子，其中有N个位置(N≥3)，每个位置可存放一个车架或一个车轮; 又设有三个工人，其活动分别为:

工人1活动：do {

加工一个车架;车架放入箱中; }while(1)工人2活动：

do {

加工一个车轮;

车轮放入箱中;

}while(1)

工人3活动：

do {

箱中取一车架;

箱中取二车轮;

组装为一台车;

}while(1)

试分别用信号灯与PV操作、管程、会合实现三个工人的合作，要求解中不含死锁。解：用信号灯与PV操作实现三个工人的合作，管程与会合解法可仿照给出。

首先不考虑死锁问题，工人1与工人3、工人2与工人3构成生产者与消费者关系，这两对生产/消费关系通过共同的缓冲区相联系。从资源的角度来看，箱子中的空位置相当于工人1和工人2的资源，而车架和车轮相当于工人3的资源。定义三个信号灯如下：semaphore empty=N;

一座小桥(最多只能承重两个人)横跨南北两岸，任意时刻同一方向只允许一人过桥，南侧桥段和北侧桥段较窄只能通过一人，桥中央一处宽敞，允许两个人通过或歇息。试用信号灯和PV操作写出南、北两岸过桥的同步算法。

解：桥上可能没有人，也可能有一人，也可能有两人。

(a) 两人同时过桥(b) 两人都到中间(c) 南(北)来者到北(南)段

共需要三个信号量，load用来控制桥上人数，初值为2，表示桥上最多有2人；north用来控制北段桥的使用，初值为1，用于对北段桥互斥；south用来控制南段桥的使用，初值为1，用于对南段桥互斥。

semaphore load=2;

semaphore north=1;

semaphore south=1;

tosouth(){ P(load);

P(north);过北段桥;tonorth(){ P(load);

P(south);过南段桥;