北大操作系统第三章：操作系统习题课(三)

操作系统习题讲解进程的同步与互斥（三）赵俊峰P 、V 题的一般分析过程1问题的分析确定有哪些进程y1.问题的分析，确定有哪些进程；2y2.确定各个进程之间的同步互斥关系；y3.信号量的设计（初值以及用来实现哪些进程间的同步互斥、是否需要一般变量的辅助）辅助）；y4、实现（避免出现不公平现象比如饥饿、避免出现死锁如P 操作的次序问题）。

同学们的问题1有几个进程进程的划分？y：有几个进程，进程的划分？y 2：if 判断语句与P/V 之间的区别？多余的判断？y 3：每个进程的行为划分？对于行为的控制？该谁去控制？触发行为的条件及被触发的行为？y 5：触发行为的条件及被触发的行为？y 6：需要全面考虑题目要求需要全面考虑题目要求y 7：什么时候需要计数？共享变量需要互斥使用y 8：共享变量需要互斥使用进程同步与互斥习题（四）请用信号量解决以下问题y 把学生和监考老师都看作进程, 学生有N 人, 考场门口每次只能进出个人教师1人. 考场门口每次只能进出一个人, 进考场原则是先来先进. 当N 个学生都进入考场后, 教师才能发卷子. 学生交卷后可以离开考场. 教师要等收上来全部卷子并封装卷子后才能离开考场.(1)(1)问共需设置几个进程?(2) 试用P 、V 操作解决上述问题中的同步和互斥关系.进程同步与互斥习题（四）共享资源：考场门口请用信号量解决以下问题y 把学生和监考老师都看作进程, 学生有N 人, 考场门口每次只能进出个人教师1人. 考场门口每次只能进出一个人, 进考场原则是先来先进.c 当N 个学生都进入考场后, 教师才能发卷子. 学生交卷后可以离开考场. d 教师要等收上来全部卷子并封离同步行为：c d 装卷子后才能离开考场.(1) ?()问共需设置几个进程(2) 试用P 、V 操作解决上述问题中的同步和互斥关系.信号量及其他变量的设置需设置以下的信号量S_Door = 1//能否进出门；S St d tR d 0学生是否到齐S_StudentReady = 0//学生是否到齐；S_Mutex1 = 1//互斥信号量；S M t 21互斥信号量S_Mutex2 = 1//互斥信号量；S_ExamBegin = 0//开始考试；S E O 0考试结束所有试卷S_ExamOver = 0//考试结束，所有试卷已交；int nStudentNum 0;int nStudentNum = 0;int nPaperNum = 0;student(){学生进程P(S_Door);进门；V(S Door);V(S_Door);P(S_Mutex1);// 增加学生的个数nStudentNum ++;if(nStudentNum N)V(S StudentReady);if(nStudentNum == N) V(S_StudentReady);V(S_Mutex1);P(S_ExamBegin);//等老师宣布考试开始考试；交卷；P(S Mutex2);P(S_Mutex2);//增加试卷的份数nPaperNum ++;if(nPaperNum == N) V(S_ExamOver);V(S Mutex2);V(S_Mutex2);P(S_Door);出门；V(S_Door);}Teacher()教师进程(){P(S_Door);进门进门；V(S_Door);P(S StudentReady);//P(S_StudentReady); 最后一个进来学生把老师唤醒；发卷子；for(i=1; i <= N; i++)(;;)V(S_ExamBegin);//开始考试；P(S_ExamOver);//等待考试结束；封装卷子P(S_Door);出门；V(S_Door);}进程同步与互斥习题（五）某商店有两种食品B A 和B, 最大数量各为m 个.该商店将A,B 两种食品搭配出售, 每次各取一个. 为避免食品变质, 遵循先到食品先出售的原则, 有两个食品公司分别不断地供应A,B 两)种食品(每次一个). 为保证正常销售, 当某种食品的数量比另一种的数量超过k(k<m)个时, 暂停对数量大的食品进货, 补充数量少的食品.◦(1)(1) 问共需设置几个进程?◦(2) 试用P ,V 操作解决上述问题中的同步和互斥关系.生产者-消费者中的消费者行为进程同步与互斥习题（五）某商店有两种食品B A 和B, 最大数量各为m 个. 该商店将A,B 两种食品搭配出售, 每次各取一个. 为避免食品变质, 遵循先到食品先出售的原则, 有两个食品公司分别不断地供应A,B 两)种食品(每次一个).为保证正常销售, 当某种食品的数量比另一种的数量超过k(k<m)个生产者-消费者中的生产者行为生产者之间时, 暂停对数量大的食品进货, 补充数量少的食品.的同步行为◦(1) 问共需设置几个进程?(2)PV ◦(2) 试用P ,V 操作解决上述问题中的同步和互斥关系.信号量及其他变量的设置设置以下的信号量 S_Mutex = 1 S Wait A = 0; S_Wait_A = 0; S_Num_A = 0； S BuffNum A = m; S_BuffNum_A = m; S_Wait_B = 0; S Num B 0； S_Num_B = 0 S_BuffNum_B = m; i t N int nNum_A = 0; A 0 int nNum_B = 0; //用于互斥访问的信号量 //A太多了，要等一等 太多了 要等一等B //食品A的空闲缓冲区个数； //B太多了，要等一等A //食品B的空闲缓冲区个数；Producer_A() A进程 { int b_TooMuch; while(1) { 生产产品； P(S_Mutex); if((nNum A nNum_B) == k) b_TooMuch = 1; if((nNum_A nNum B) == k) b TooMuch = 1; else b_TooMuch = 0; V(S_Mutex); if(b T M h) P(S W i A) //A太多了 if(b_TooMuch) P(S_Wait_A); 太多 P(S_BuffNum_A); 向商店提供一个 向商店提供 个A商品； V(S_Num_A); P(S_Mutex); nNum A ++; nNum_A ++; if(nNum_B - nNum_A == k-1)  V(S_Wait_B);  //可以进B了}}V(S Mutex); V(S_Mutex);Producer_B() B进程 { int b_TooMuch; while(1) { 生产产品； P(S_Mutex); if((nNum B nNum_A) == k) b_TooMuch = 1; if((nNum_B nNum A) == k) b TooMuch = 1; else b_TooMuch = 0; V(S_Mutex); if(b T M h) P(S W i B) //B太多了 if(b_TooMuch) P(S_Wait_B);  太多 P(S_BuffNum_B); 向商店提供一个 向商店提供 个B商品； V(S_Num_B); P(S_Mutex); nNum B ++; nNum_B ++; if(nNum_A - nNum_B == k-1)  V(S_Wait_A);  //可以进A了}}V(S Mutex); V(S_Mutex);Shop() Sh () { while(1) { P(S_Num_A); ( _Num_B); ); P(S 出售A、B食品各一个； V(S BuffNum A); V(S_BuffNum_A); V(S_BuffNum_B); } }Shop进程信号量和P、V原语的小结对信号量和P、V原语的使用可以归纳为三种情形：  第一，把信号量视为一个加锁标志位，其目的是为了 实现对某个唯一 实现对某个唯 唯一的共享数据 唯 的共享数据 共享数据的互斥访问 互斥访问，如数据库中 的某个记录，各个进程间的某个共享变量。

该共享数 据的取值与信号量本身的取值并没有什么直接的关系 ，信号量的作用仅仅是作为一个加锁标志位 加锁标志位。

其特征 是信号量的初始值为 信号量的初始值为1 1，然后在一个进程内部对它进 一个进程内部对它进 行 行配对的 行配对的P 对的P、V操作 操作。

P(mutex); ( ); // mutex的初始值为1 访问该共享数据; V(mutex); 非临界区信号量和P、V原语的小结 第二，把信号量视为是某种类型的共享资源的剩余个 第二 把信号量视为是某种类型的共享资源的剩余个 共享资源的剩余个 数，其目的是为了实现对这种类型的共享资源的访问 ，如各种 如各种I/O设备。

信号量的取值具有实际的意义， 设备。

信号量的取值具有实际的意义 就等于空闲资源的个数 等于空闲资源的个数。

多个进程可以同时使用这种 类型的资源，直到所有空闲资源均已用完。

其特征是 信号量的初始值为N(N 信号量的初始值为 N(N≥1) 1)，然后在一个进程内部对它 一个进程内部对它 进行配对的P 进行配对的 P、V操作 操作。

P(resource); // resource的初始值为N 使用该资源； V(resource); 非临界区信号量和P、V原语的小结 第三，把信号量作为进程间同步 第三 把信号量作为进程间同步 进程间同步的工具 利用它来设定 进程间同步的工具，利用它来设定 两个进程在运行时的先后顺序。

比如说，它可以是某个 两个进程在运行时的先后顺序 共享资源的当前个数 但是由一个进程负责生成该资源 共享资源的当前个数，但是由 个进程负责生成该资源 ，而另一个进程负责消费该资源，由此引发了两个进程 之间的先后顺序。

其特征是信号量的初始值为 信号量的初始值为N N（ N ≥ 0），然后在一个进程里面用对它使用 在一个进程里面用对它使用V V原语，增加资 源个数，而在另外一个进程里面对它使用P 源个数，而在另外一个进程里面对它使用 P原语，减 少资源个数，从而实现两个进程之间的同步关系。