信号量地PV操作(例题)
pv操作例题详细解释
pv操作例题详细解释摘要：一、前言二、PV操作的定义和基本概念1.进程和线程2.同步和互斥3.PV操作的定义三、PV操作的实现和应用1.信号量机制2.PV操作的实现3.PV操作在实际应用中的例子四、PV操作的注意事项1.避免死锁2.合理设置超时时间3.使用PV操作的局限性五、总结正文：一、前言PV操作是操作系统中进程同步和互斥的一种常用手段，通过对进程的执行进行控制，确保系统资源得到高效利用。
本文将详细解释PV操作的原理、实现和应用，并给出在使用PV操作时需要注意的事项。
二、PV操作的定义和基本概念1.进程和线程进程是计算机中程序执行的基本单位，是资源分配的独立单位。
线程是进程内部的一个执行流程，是调度的基本单位。
一个进程可以包含多个线程，线程之间共享进程的资源。
2.同步和互斥同步是指多个进程或线程在执行过程中，需要相互配合，使得它们能够顺序、有序地执行。
互斥是指在同一时间，只允许一个进程或线程访问某个共享资源。
3.PV操作的定义PV操作，即P操作（wait）和V操作（signal），是一种基于信号量的同步和互斥机制。
P操作会使得信号量值减一，如果信号量值为零，则进程或线程会进入等待状态；V操作会使得信号量值加一，如果有进程或线程在等待，则唤醒其中一个。
三、PV操作的实现和应用1.信号量机制信号量是操作系统中用于表示资源数量或状态的变量。
信号量有两种类型：二进制信号量（只有0和1两个值，用于实现互斥锁）和计数信号量（可以有大于1的值，用于表示可重入锁）。
2.PV操作的实现P操作可以通过执行wait函数实现，V操作可以通过执行signal函数实现。
wait函数会使信号量值减一，如果信号量值为零，则阻塞调用进程或线程；signal函数会使信号量值加一，如果有进程或线程在阻塞状态，则唤醒其中一个。
3.PV操作在实际应用中的例子PV操作在实际应用中广泛用于实现各种同步和互斥机制，例如生产者-消费者问题、互斥锁、条件变量等。
第11课PV操作练习
P(S1)； 将缓冲区R中记 从T中取出记录 录拷贝到缓冲区 放入文件G中; T中; V(S2);
此种解法是否正确： GET: P(S1)； 从文件F取记录 放入缓冲区R中; V(S2); COPY: P(S2)； 将缓冲区R中记 录拷贝到缓冲区 T中; V(S3); PUT: P(S3)； 从T中取出记录 放入文件G中; V(S1);
P145 GET: P(S2)； 从文件F取记录 放入缓冲区R中; V(S1); COPY: PUT:
信号量S1,S2 初始值S1=0;S2=0
P(S1)； 将缓冲区R中记 从T中取出记录 录拷贝到缓冲区 放入文件G中; T中; V(S2);
此种解法是否正确： GET: P(S1)； 从文件F取记录 放入缓冲区R中; V(S2); COPY: P(S2)； 将缓冲区R中记 录拷贝到缓冲区 T中; V(S3); PUT: P(S3)； 从T中取出记录 放入文件G中; V(S1);
课堂练习
独木桥问题。某条河上只有一座独木桥， 以便行人过桥，现在河的两边都有人要过 桥，按照下面的规则过桥，为了保证过桥 安全，请用P，V操作分别实现正确的管理。 过桥的规则： 每次只允许一个人过桥
课堂练习
独木桥问题。某条河上只有一座独木桥， 以便行人过桥，现在河的两边都有人要过 桥，按照下面的规则过桥，为了保证过桥 安全，请用P，V操作分别实现正确的管理。 过桥的规则： 同一方向的可连续过桥，某方向有人过桥 时另一方向的人要等待。
课堂练习
独木桥问题。某条河上只有一座独木桥， 以便行人过桥，现在河的两边都有人要过 桥，按照下面的规则过桥，为了保证过桥 安全，请用P，V操作分别实现正确的管理。 过桥的规则： 当独木桥上有自东向西的行人时，同方向 的行人可以同时过桥，从西向东的方向， 只允许一个人单独过桥。
PV习题
信号量与PV操作P操作：S=S-1若S>=0,则该进程继续运行若S<0,则进程被阻塞，并将它插入信号量S的等待队列中V操作S=S+1若S>0则进程继续运行若S<=0,则从信号量的等待队列中唤醒第一个进程，使其变为就绪状态，然后返回原进程继续执行。
信号量的应用互斥模型(S初值为1)进程P1 进程P2P(S) P(S)CS1 CS2V(S) V(S)同步模型（S初值设为0）进程P1 进程P2L1:P(S) L2:V(S)例一．在某展示厅设置一个自动计数系统，以计数器count表示在场的人数，count是动态变化的，若有一个人进入展示厅进程pin对计数器count加1，当有一个人退出展示厅时，进程pout实现计数器减1由于进、出所以展示厅的人是随机的，用P-V操作实现。
（并发进程之间的互斥问题）解：定义信号量：S：表示是否有进程进入临界区，初值为1.（表示没有进程进入临界区）begincount: Integer;S: semaphore;count:=0;S:=1;cobeginprocess Pin:beginP(S);count:=count+1;V(S);end;process Pout:beginP(S);count:=count-1;V(S);end;coend;例二．与生产者和消费过者相似的问题，把“A进程将记录送入缓冲器”看成生产者生产了一件物品且把物品存入缓冲器，把“B进程从缓冲器中取出记录并加工”看作是消费者从缓冲器取出物品去消费，缓冲器中只能放一个记录（一件物品），用P-V操作实现。
（并发进程之间的同步问题）解：定义两个信号量为：sp和sg。
sp:表示生产者是否右以把物品存入缓冲器。
由于缓冲器只能存放一个物品，因此sp的初值为1，即sp:=1。
sg：表示缓冲是否存有物品，它的初值应该为0，即sg：=0，表示缓冲器中还没有物品存在。
生产者和消费者两个进程并发执行时，可按以下的方式实现同步例三．如果一个生产者和一个消费共享缓冲器容量为可以存放n件物品时，生产者总可继续存入物品；同时当缓冲器的物品不为“0”时，消费者总可从缓冲器中取走物品，用P-V操作实现。
信号量PV操作补充题目
1、在一个盒子里，混装了数量相等的黑白围棋子·现在用自动分拣系统把黑子、白子分开，设分拣系统有二个进程P1 和P2 ，其中P1 拣白子；P2 拣黑子。
规定每个进程每次拣一子；当一个进程在拣时，不允许另一个进程去拣；当一个进程拣了一子时，必须让另一个进程去拣．试写出两进程P1 和P2 能并发正确执行的程序。
2、一个快餐厅有4 类职员：( l ）领班：接受顾客点菜；( 2 ）厨师：准备顾客的饭菜；( 3 ) 包工：将做好的饭菜打包；( 4 ）出纳员：收款并提交食品。
每个职员可被看作一个进程，试用一种同步机制写出能让四类职员正确并发运行的程序。
3、吸烟者问题(patil , 1971 ）。
三个吸烟者在一个房间内，还有一个香烟供应者。
为了制造并抽掉香烟，每个吸烟者需要三样东西：烟草、纸和火柴，供应者有丰富货物提供。
三个吸烟者中，第一个有自己的烟草，第二个有自己的纸和第三个有自己的火柴。
供应者随机地将两样东西放在桌子上，允许一个吸烟者进行对健康不利的吸烟。
当吸烟者完成吸烟后唤醒供应者，供应者再把两样东西放在桌子上，唤醒另一个吸烟者。
试采用信号量和P 、V 操作编写他们同步工作的程序。
4、某工厂有两个生产车间和一个装配车间，两个生产车间分别生产A 、B 两种零件，装配车间的任务是把A 、B 两种零件组装成产品。
两个生产车间每生产一个零件后都要分别把它们送到装配车间的货架Fl 、F2 上，F1存放零件A , F2 存放零件B , Fl 和F2 的容量均为可以存放10 个零件。
装配工人每次从货架上取一个A 零件和一个B 零件，然后组装成产品。
请用信号量和P 、V操作进行正确管理。
计算机操作系统PV操作例题
问题1 一个司机与售票员的例子在公共汽车上，为保证乘客的安全，司机和售票员应协调工作：停车后才能开门，关车门后才能行车。
用PV操作来实现他们之间的协调。
S1：是否允许司机启动汽车的变量S2：是否允许售票员开门的变量driver()//司机进程{while (1)//不停地循环{P(S1);//请求启动汽车启动汽车;正常行车；到站停车；V(S2); //释放开门变量，相当于通知售票员可以开门}}busman()//售票员进程{while(1){关车门;V(S1)；//释放开车变量，相当于通知司机可以开车售票P(S2)；//请求开门开车门；上下乘客；}}注意：busman() driver() 两个不停循环的函数问题2 图书馆有100个座位，每位进入图书馆的读者要在登记表上登记，退出时要在登记表上注销。
要几个程序？有多少个进程？（答：一个程序；为每个读者设一个进程）（1）当图书馆中没有座位时，后到的读者在图书馆为等待（阻塞）（2）当图书馆中没有座位时，后到的读者不等待，立即回家。
解（1 )设信号量：S=100; MUTEX=1P(S)P(MUTEX)登记V(MUTEX)阅读P(MUTEX)注销V(MUTEX)V(S)解(2)设整型变量COUNT=100;信号量：MUTEX=1;P(MUTEX);IF (COUNT==0){ V(MUTEX);RETURN;}COUNT=COUNT-1;登记V(MUTEX);阅读P(MUTEX);COUNT=COUNT+1;V(MUTEX);RETURN;问题3 有一座东西方向的独木桥；用P,V操作实现：（1）每次只允许一个人过桥；（2）当独木桥上有行人时，同方向的行人可以同时过桥，相反方向的人必须等待。
（3）当独木桥上有自东向西的行人时，同方向的行人可以同时过桥，从西向东的方向，只允许一个人单独过桥。
（此问题和读者与写者问题相同,东向西的为读者，西向东的为写者）。
（1）解设信号量MUTEX=1P (MUTEX)过桥V (MUTEX)(2)解设信号量：MUTEX=1 (东西方互斥)MD=1 (东向西使用计数变量互斥)MX=1 (西向东使用计数变量互斥)设整型变量：CD=0 (东向西的已上桥人数)CX=0 (西向东的已上桥人数)从东向西：P (MD)IF (CD=0){P (MUTEX) }CD=CD+1V (MD)过桥P (MD)CD=CD-1IF (CD=0){V (MUTEX) }V (MD)从西向东：P (MX)IF (CX=0){P (MUTEX) }CX=CX+1V (MX)过桥P (MX)CX=CX-1IF (CX=0){V (MUTEX) }V (MX)(3) 解：从东向西的，和（2）相同；从西向东的和（1）相同。
操作系统PV操作经典例题与答案
操作系统PV操作经典例题与答案1. 推广例子中的消息缓冲问题。
消息缓冲区为k个，有1个发送进程，n个接收进程，每个接收进程对发送来的消息都必须取一次若有m个发送进程呢？Send：SB=k; //信号量，标记当前空余缓冲区资源。
i = 0; //标记存放消息的缓冲区位置while (true) {P(SB);往Buffer [i]放消息;V(SM);i = (i+1) % k;};Receive：j = 0; //标记取产品的缓存区位置SM=0；//信号量，标记初始没有消息ReadCount=0；//读进程计数器Mutex =1；//读进程互斥信号量SW=0; //信号量，读进程在此信号量等待while (true) {P(SM);从Buffer[j]取消息;ReadCount++If（ReadCount<n）{< p="">V(SM);P(SW)}else{V(SB);j = (j+1) % k;for(int g=1; g< ReadCount;g++)V(SW);ReadCount=0；}};2.第二类读者写者问题：写者优先条件：1）多个读者可以同时进行读2）写者必须互斥（只允许一个写者写，也不能读者写者同时进行）3）写者优先于读者（一旦有写者，则后续读者必须等待，唤醒时优先考虑写者）rc=0, //正在读者计数器wc, //写计数器rw, //读等计数器R //等待读信号量W //等待写信号量读者：while (true) {P(mutex);if (wc >0){rw++P (R);}rc++;If（rw>0&&wc=0）{V(R)rw--}V(mutex);读P(mutex);rc --;if (rc==0){If（wc>0）V(w)}V(mutex);};写者：while (true) {P(mutex);wc ++;if((wc >1)||(rc>0)){P(W)}V(mutex);写P(mutex);Wc --;if（wc>0）V(W);Else if(rw>0)V(R)rw--V(mutex);};3.理发师睡觉问题理发店里有一位理发师，一把理发椅和N把供等候理发的顾客坐的椅子如果没有顾客,则理发师便在理发椅上睡觉。
经典PV操作讲解和练习题
经典PV操作讲解和练习题在计算机操作系统中，PV操作是进程管理中的难点。
首先应弄清PV操作的含义：PV操作由P操作原语和V操作原语组成（原语是不可中断的过程），对信号量进行操作，具体定义如下：P（S）：①将信号量S的值减1，即S=S-1；②如果S30，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态，排入等待队列。
V（S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1；②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。
PV操作的意义：我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。
PV操作属于进程的低级通信。
什么是信号量？信号量（semaphore）的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。
信号量的值与相应资源的使用情况有关。
当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。
注意，信号量的值仅能由PV操作来改变。
一般来说，信号量S30时，S表示可用资源的数量。
执行一次P 操作意味着请求分配一个单位资源，因此S的值减1；当S<0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。
而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，因此S 的值加1；若S￡0，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。
利用信号量和PV操作实现进程互斥的一般模型是：进程P1 进程P2 ……进程Pn ………………P（S）； P（S）； P（S）；临界区；临界区；临界区；V（S）； V（S）； V（S）；……………………其中信号量S用于互斥，初值为1。
使用PV操作实现进程互斥时应该注意的是：（1）每个程序中用户实现互斥的P、V操作必须成对出现，先做P 操作，进临界区，后做V操作，出临界区。
若有多个分支，要认真检查其成对性。
（2）P、V操作应分别紧靠临界区的头尾部，临界区的代码应尽可能短，不能有死循环。
典型例题PV操作
答：读者的动作有两个，一是填表进入阅览室读书，这时要考虑阅览室里是否有座位；二是读者阅读完毕，需要注销登记再离开阅览室，这时的操作要考虑阅览室里是否有读者存在。读者在阅览室读书时，由于没有引起资源的变动，不算动作变化。
因此，设置算法所涉及的三个信号量：empty资源信号量——表示阅览室里的空座位的数目，初值为100；full资源信号量——表示阅览室里有人的座位的数目（或表示阅览室里的读者的数目），初值为0；mutex互斥信号量——表示对登记表这个临界资源的互斥访问，初值设为1。
使用信号量机制对读者“进入”阅览室和“注销”登记之间的同步算法描述如下：
Semaphoreempty,full,mutex;//首先定义两个资源信号量empty、full和一个互斥信号量mutex
empty.value=100;full.value=0;mutex.value=1;
cobegin
process getin() //读者“进入”阅览室的进程过木桥；wait(SB);
countB:=countB-1;
if (countB=0) then signal(mutex);
signa(SB);
end
parend
end
2、有一阅览室，共有100个座位。为了很好利用它，读者进入时必须先在登记表上进行登记。该表表目设有座位号和读者姓名；离开时再将其登记项摈除。试用P、V操作描述进程之间的同步或算法。
Var SA,SB,mutex:semaphore:=1,1,1;
CountA,countB:integer:=0,0:
begin
parbegin
processA: begin
计算机操作系统P V操作
P、V操作 、 操作
入 口 S = S + 1 S ≤ ≥ 0 是 否 是 否 返 回
调用进程入等待队列 唤醒等待队列中的一个进程 转进程调度 返回或转进程调度
1、独木桥问题。某条河上只有一座独木桥，以便行人 独木桥问题。某条河上只有一座独木桥， 过桥， 现在河的两边都有人要过桥， 过桥 ， 现在河的两边都有人要过桥 ， 按照下面的规则 过桥，为了保证过桥安全，请用P 过桥 ， 为了保证过桥安全 ， 请用 P， V操作分别实现正 确的管理。 确的管理。 过桥的规则： 同一方向的可连续过桥， 过桥的规则 ： 同一方向的可连续过桥 ， 某方向有人过 桥时另一方向的人要等待。 桥时另一方向的人要等待。 2、桌上有一空盘，允许存放一只水果。爸爸可向盘中 桌上有一空盘，允许存放一只水果。 放苹果， 也可向盘中放桔子， 儿子专等吃盘中的香蕉， 放苹果 ， 也可向盘中放桔子 ， 儿子专等吃盘中的香蕉 ， 女儿专等吃盘中的苹果。 女儿专等吃盘中的苹果 。 规定当盘空时一次只能放一 原语实现爸爸、儿子、 只水果供吃者使用，请用P 只水果供吃者使用 ， 请用 P， V原语实现爸爸 、 儿子 、 女儿三个并发进程的同步。 女儿三个并发进程的同步。
}
Father() { while (true) daugher() {p(dish); 将苹果放入盘子；v(apple);} { while (true) 将苹果放入盘子； { p(apple);从盘子取苹果； p(apple);从盘子取苹果 从盘子取苹果； } Mother() } { while (true) { p(dish);将香蕉放入盘子；v(banana);} p(dish);将香蕉放入盘子 将香蕉放入盘子； }
桌上有一空盘，允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果，妈妈向 桌上有一空盘，允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果， 盘中放香蕉，儿子专等吃盘中的香蕉，女儿专等吃盘中的苹果。 盘中放香蕉，儿子专等吃盘中的香蕉，女儿专等吃盘中的苹果。 //dish—互斥使用盘子；apple—盘中苹果数；banana— //dish—互斥使用盘子；apple—盘中苹果数；banana—盘中香蕉数 Var dish,apple,banana:Semaphore:=1,0,0; Main() son() { while (true) { cobegin { p(banana);从盘子取香蕉； p(banana);从盘子取香蕉 从盘子取香蕉； Father();mother();son();daugher(); v(dish); Coend } 吃香蕉； 吃香蕉；}
系统调用中的信号量PV操作 理发师问题
⏹理发师问题：一个理发店由一间等候室W和一间工作室B组成。
顾客可以从外面大街上进入W等候理发。
两个房间的入口是并排的，且共享一扇日本式可滑动的推拉门(门总是挡住一个入口)。
顾客在工作室内理完发，可由B 的旁门出去。
W中有N把椅子，顾客必须坐着等候。
理发师可由门上小窗查看W中无人就睡觉，否则开门，并叫一位顾客入内理发。
顾客每进入一位，都拉铃通知理发师。
若把顾客和理发师都视为进程，请用P、V操作写出进程的同步算法。
⏹要求打印：题目中要求描述理发师和顾客的行为，因此需要两类线程barber()和customer ()分别描述理发师和顾客的行为。
其中，理发师有活动有理发和睡觉两个事件；等待和理发二个事件。
店里有固定的椅子数，上面坐着等待的顾客，顾客在到来这个事件时，需判断有没有空闲的椅子，理发师决定要理发或睡觉时，也要判断椅子上有没有顾客。
所以，顾客和理发师之间的关系表现为：（1）理发师和顾客之间同步关系：当理发师睡觉时顾客近来需要唤醒理发师为其理发，当有顾客时理发师为其理发，没有的时候理发师睡觉。
（2）理发师和顾客之间互斥关系：由于每次理发师只能为一个人理发，且可供等侯的椅子有限只有n把，即理发师和椅子是临界资源，所以顾客之间是互斥的关系。
（3）故引入3个信号量和一个控制变量：ⅰ控制变量waiting用来记录等候理发的顾客数，初值为0；ⅱ信号量customers用来记录等候理发的顾客数，并用作阻塞理发师进程，初值为0；ⅲ信号量barbers用来记录正在等候顾客的理发师数，并用作阻塞顾客进程，初值为1；ⅳ信号量mutex用于互斥，初值为1using System;using System.Collections.Generic;using System.Text;using System.Threading;namespace理发师问题2{internal class Program{// Fieldsprivate static Semaphore barbers = new Semaphore(1, 10);private static int chairs;private static int count = 0;private static Semaphore customers = new Semaphore(0, 10);private static int finish = 0;private static Semaphore mtx = new Semaphore(1, 10);private static int waiting = 0;// Methodspublic static void barber(){while (true){customers.WaitOne();mtx.WaitOne();waiting--;barbers.Release();mtx.Release();cuthair();finish++;}}public static void customer(){mtx.WaitOne();count++;Console.WriteLine("叮咚！第{0}个顾客来了", count);if (waiting < chairs){if (waiting > 0){Console.WriteLine("此时有{0}个人在等待理发", waiting);}else{Console.WriteLine("没有人在等待");}waiting++;Console.WriteLine("还有{0}个座位,顾客留下", (chairs - waiting) + 1);mtx.Release();customers.Release();barbers.WaitOne();gethaircut();}else{Console.WriteLine("座位已满，第{0}个顾客离开", count); mtx.Release();}}public static void cuthair(){Console.WriteLine("开始理发！这是理发师的第{0}个顾客.", finish + 1);Thread.Sleep(0x2328);Console.WriteLine("理发完成 !");}public static void gethaircut(){Thread.Sleep(0x238c);Console.WriteLine("第{0}个顾客理发完毕,离开.", finish);}private static void Main(string[] args){string str = string.Empty;Console.WriteLine("请输入椅子的总数目:");chairs = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());Console.WriteLine("理发店共有{0}把椅子", chairs);Console.WriteLine("开门接待顾客吗?Y/N");for(string str2 = Console.ReadLine(); (str2 != "Y") && (str2 != "y"); str2 = Console.ReadLine()){Console.WriteLine("********对不起，尚未开门！********");Console.WriteLine("开门接待顾客吗?Y/N");}Console.WriteLine("********营业中，欢迎光临！********");new Thread(new ThreadStart(Program.barber)).Start();while ((str != "y") && (str != "Y")){Random random = new Random(lisecond);Thread.Sleep(random.Next(1, 0x2710));Console.WriteLine("*******************************");new Thread(new ThreadStart(Program.customer)).Start();if ((finish >= 10) && (waiting == 0)){Console.WriteLine("已经为{0}个顾客理发了，要关门下班吗?(Y/N)", finish);str = Console.ReadLine();}if ((str == "Y") || (str == "y")){Console.WriteLine("************暂停营业！**********");break;}}}}}题目: 用多线程同步方法解决睡眠理发师问题（Sleeping-Barber Problem)理发店有一位理发师，一把理发椅和n把用来等候理发的椅子。
pv例题详解
pv例题详解
PV操作是操作系统中的一种常见概念，P表示进程请求资源，V表示进程
释放资源。
在PV操作中，通常使用信号量（semaphore）来实现进程间的同步和互斥。
以下是一个PV操作的示例，解决的是“过独木桥”问题：
假设有两个方向的行人需要过同一座独木桥，当某一方向的行人过桥时，另一方向的行人必须等待。
当某一方向无人过桥时，另一方向的行人可以过桥。
首先，定义两个信号量s1和s2，分别表示是否允许某一方向的行人过桥。
初始时，s1和s2都为0。
然后，定义两个进程，一个是代表东行方向行人的进程，另一个是代表西行方向行人的进程。
东行方向的进程执行以下操作：
1. P(s1)：如果s1小于0，表示西行方向的行人正在过桥，东行方向的行人需要等待；否则，继续执行下一步。
2. 过桥：表示东行方向的行人正在过桥。
3. V(s2)：释放西行方向的行人的过桥权限，将s2加1。
西行方向的进程执行以下操作：
1. P(s2)：如果s2小于0，表示东行方向的行人正在过桥，西行方向的行人需要等待；否则，继续执行下一步。
2. 过桥：表示西行方向的行人正在过桥。
3. V(s1)：释放东行方向的行人的过桥权限，将s1加1。
通过以上操作，可以保证同一方向的行人连续过桥，当某一方向有人过桥时，另一方向的行人必须等待；当某一方向无人过桥时，另一方向的行人可以过桥。
以上是一个简单的PV操作示例，实际应用中需要根据具体问题进行分析和设计。
习题PV操作
使用信号量解决吃水果问题2 使用信号量解决吃水果问题
分析：四人之间的关系： 分析：四人之间的关系： 1父亲，母亲要互斥使用盘子，所以两者之间是互斥关系； 父亲， 父亲 母亲要互斥使用盘子，所以两者之间是互斥关系； 2父亲放的苹果，女儿吃，所以两者是同步关系； 父亲放的苹果， 父亲放的苹果 女儿吃，所以两者是同步关系； 3母亲放的桔子，儿子吃，所以两者也是同步关系。 母亲放的桔子， 母亲放的桔子 儿子吃，所以两者也是同步关系。 semaphore S_Plate=1, S_Apple=0, S_Orange=0; void son( ) // 儿子进程 { while(1) { P(S_Orange); 桔子； 从盘中取出一个 桔子； V(S_Plate); 吃桔子； 吃桔子； } } void daughter( ) // 女子进程 { while(1) { P(S_Apple); 苹果； 从盘中取出一个 苹果； V(S_Plate号量解决吃水果问题
分析：四人之间的关系： 分析：四人之间的关系： 1父亲、母亲要互斥使用盘子，所以两者之间是互斥关系； 父亲、 父亲 母亲要互斥使用盘子，所以两者之间是互斥关系； 2父亲放的苹果，女儿吃，所以两者是同步关系； 父亲放的苹果， 父亲放的苹果 女儿吃，所以两者是同步关系； 3母亲放的桔子，儿子吃，所以两者也是同步关系。 母亲放的桔子， 母亲放的桔子 儿子吃，所以两者也是同步关系。 semaphore S_Plate=1, S_Apple=0, S_Orange=0; void father( ) // 父亲进程 { while(1) { P(S_Plate); 往盘子中放入一个苹果； 往盘子中放入一个苹果； V(S_Apple); } } void mother( ) // 母亲进程 { while(1) { P(S_Plate); 往盘子中放入一个桔子； 往盘子中放入一个桔子； V(S_Orange); } }
PV操作
进程通信：指进程间的信息交换过程进程通信方式：互斥、同步、消息缓冲一、开、关锁进程进入临界资源的操作:1:检查X的值.X=1,表示资源正在使用,返回继续进行检查;X=0,表示资源可以使用,X:=1(关锁); 2:进入临界区,访问临界资源;3:释放临界资源, X:=0(开锁).二、P、V操作P/V操作、信号量♦P/V操作由P操作原语和V操作原语组成，意义是：在一个整型变量S上定义了两个操作。
♦信号量：整型变量S称为信号量，仅能由P、V操作修改的整型变量。
P操作♦P操作：申请资源操作(1)S:=S-1；(2)如果S≥0，则表示有资源，该进程继续执行；如果S<0，则表示已无资源，执行原语的进程被置成阻塞状态，并使其在S信号量的队列中等待，直至其他进程在S上执行V操作释放它为止。
V操作V操作：释放资源操作(1)S:=S+1；(2)如果S>0，则该进程继续执行；如果S≤0，则释放S信号量队列的排头等待者并清除其阻塞状态，即从阻塞状态转变到就绪状态，执行V(S)者继续执行。
三、消息缓冲消息缓冲消息：进程之间以不连续的成组方式发送的信息消息缓冲区：包含有指向发送进程的指针、指向消息接受进程的指针、指向下一个消息缓冲区的指针、消息长度、消息内容等信息的一个缓冲区。
是进程通信的基本单位。
四、P、V操作例题Var信号量、变量Process 1Begin……End……Process nBegin……Endbegin初始化cobegin并发进程……并发进程coendendVar信号量、变量begin初始化cobeginprocedure1；begin……end……proceduren；begin……endcoendend1、生产者、消费者问题var mutex，empty，full：psemaphore；i,j，goods：integer；buffer：array [0…n-1] of item；procedure producer；生产者进程beginwhile true dobeginproduce next product；P(empty)；P(mutex)；buffer(i):=product；i:=(i+1) mod(n)；V(mutex)；V(full)；endend；procedure consumer；消费者进程beginwhile true dobeginP(full)；P(mutex)；goods：= buffer(j) ；j:=(j+1) mod(n)；V(mutex)；V(empty)；consume product ；endend；beginseminitial (mutex.v，1；empty.v，n；full.v，0)；i：=j：=0；cobeginproducer；consumer；coendend2、设有三个进程A、B、C，其中A与B构成一对生产者与消费者（A 为生产者，B为消费者），共享一个由n个缓冲块组成的缓冲池；B 与C也构成一对生产者与消费者（此时B为生产者，C为消费者），共享另一个由m个缓冲块组成的缓冲池。
pv操作练习
1、有一个自习室，共有50个座位。
学生进入时必须在一张登记表上登记，该表为每一座位列一表目，包括座位号和学生学号。
学生离开时要消掉登记内容。
描述学生进程的程序如下，在适当的位置填上适当的信号量初值和pv操作。
BeginS，count：semaphore；S:= ①；Count：= ②；CobeginProcess Readeri（i=1,2……）Begin进入自习室③；④；I：=获取座位号；登记1项表目（名字，座位号）；⑤；坐下学习⑥；消去登记项（名字，座位号）；⑦；⑧；离开EndCoendEnd；2、某银行大厅，任何时刻最多可容纳10名顾客进入，当大厅中少于10名顾客时，厅外的顾客可以立即进入，否则需在外等候。
若把一个顾客看做一个进程，试问：（1）用P、V操作管理这些并发进程时，应怎样定义信号量？写出信号量的初值以及信号量各种取值的含义。
（2）若顾客最多为n个人，写出信号量可能的最大值和最小值。
（3）试写出并发程序。
3、一座山上有一个隧道，规定每次只允许一列火车通过隧道，现在南方北方都有火车要过隧道，如果把每个过隧道者看做一个进程，为保证安全，用pv操作实现正确管理程序如下：BeginS：semaphore；S:= ①；CobeginProcess（S-N）i（i=1,2……）Begin②；过隧道；③；End；Process（N -S）i（i=1,2……）Begin④；过隧道；⑤；End。
根据上述程序，请将程序空缺的地方填上适当的内容。
①②③④⑤。
信号量及P、V操
分析
通过分析可知，ＣＰ、ＩＯＰ必须遵守以下 同步规则： • 当ＣＰ进程把计算结果送入缓冲区时，IOP 进程才 能从缓冲区中取出结果去打印; • 当IOP进程把缓冲区中的数据取出打印后， ＣＰ进程才能把下一个计算结果送入缓冲 区
解
• 为此设有两个信号量Sa=0，Sb=1，Sa表示缓冲区 中有无数据，Sb表示缓冲区中有无空位置。 • 两个进程的同步可以描述如下：
总结 进程互斥： 进程互斥：在OS中，当某一进程正在访问cs时，就不 允许其它进程来读写(访问)，否则就会发 生后果无法估计的错误，进程之间的这种 相互制约关系为进程互斥。 进程同步： 进程同步： 并发进程在一些关键点上可能需要互相等 待与互通消息，这种相互制约的等待与互 通消息，称为进程同步。
进程同步与互斥关系： 进程同步与互斥关系 ： 都反映了在异步环境下并发 进程间的相互制约关系。可归于同步范 畴，但互斥是同步问题的一个特例，互 斥解决临界区的使用，同步是并发进程 在一些关键点上需互相等待互发消息。
解
（1）定义二个信号量S1、S2，初值均为1， 即：S1=1，S2=1。其中进程A和C使用 信号量S1，进程B和D使用信号量S2。 （2）从[1]到[8]分别为：P(S1) V(S1) P(S2) 2 [1] [8] P(S1) V(S2) P(S1) V(S1) P(S2) V(S2)
【思考题】
【思考题】
• 四个进程A、B、C、D都要读一个共享文件F， 系统允许多个进程同时读文件F。但限制是 进程A和进程C不能同时读文件F，进程B和 进程D也不能同时读文件F。为了使这四个进 程并发执行时能按系统要求使用文件，现用 PV操作进行管理，请回答下面的问题：
• (1)应定义的信号量及初值： • （2）在下列的程序中填上适当的P、V操作，以 保证它们能正确并发工作： • A() B() C() D() • { { { { • [1]; [3]; [5]; [7]; • read F; read F; read F; read F; • [2]; [4]; [6]; ，S2，初值均为0。 司机进程： 司机进程： while(1) { P(S1) 启动车辆 正常驾驶 到站停车 V(S2) }… 售票 员 进程 ： while(1) { 关门 V(S1) 售票 P(S2) 开门
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？？？信号量的PV操作是如何定义的？试说明信号量的PV操作的物理意义。
参考答案：P（S）：将信号量S减1，若结果大于或等于0，则该进程继续执行；若结果小于0，则该进程被阻塞，并将其插入到该信号量的等待队列中，然后转去调度另一进程。
V（S）：将信号量S加1，若结果大于0，则该进程继续执行；若结果小于或等于0，则从该信号量的等待队列中移出一个进程，使其从阻塞状态变为就绪状态，并插入到就绪队列中，然后返回当前进程继续执行。
PV操作的物理含义：信号量S值的大小表示某类资源的数量。
当S>0时，其值表示当前可供分配的资源数目；当S<0时，其绝对值表示S信号量的等待队列中的进程数目。
每执行一次P操作，S值减1，表示请求分配一个资源，若S≥0，表示可以为进程分配资源，即允许进程进入其临界区；若S<0，表示已没有资源可供分配，申请资源的进程被阻塞，并插入S的等待队列中，S的绝对值表示等待队列中进程的数目，此时CPU将重新进行调度。
每执行一次V操作，S值加1，表示释放一个资源，若S>0，表示等待队列为空；若S≤0，则表示等待队列中有因申请不到相应资源而被阻塞的进程，于是唤醒其中一个进程，并将其插入就绪队列。
无论以上哪种情况，执行V操作的进程都可继续运行。
1、设公共汽车上，司机和售票员的活动分别是：司机的活动：启动车辆；正常行车；到站停车；售票员的活动：关车门；售票；开车门；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？用P、V操作实现它们的同步。
设两个信号量S和C，初值为S＝0；C＝0；司机： L1：正常行车售票员： L2：售票到站停车 P（S）V（S）开车门P（C）关车门启动开车 V（C）GO TO L1 GO TO L22、请用PV操作实现他们之间的同步关系：（1）桌上一个盘子，只能放一只水果。
爸爸放苹果，妈妈放桔子，儿子只吃桔子，女儿只吃苹果。
（2）桌上一个盘子，只能放一只水果。
爸爸放苹果，妈妈放桔子，儿子吃桔子、苹果。
参考答案：第一步：确定进程4个进程Father（爸爸）、Mother（妈妈）、Son（儿子）、Daughter（女儿）Father进程：将苹果放入盘中Mother进程：●将桔子放入盘中Son进程：●从盘中取出桔子●吃桔子Daughter进程：●从盘中取出苹果●吃苹果第二步：确定进程的同步、互斥关系●同步：Father当盘中无水果时，才可以将苹果放入盘中●同步：Mother当盘中无水果时，才可以将桔子放入盘中●同步：Son当盘中有桔子时，才可以从盘中取出桔子●同步：Daughter当盘中有苹果时，才可以从盘中取出苹果第三步：设置信号量●盘中无水果，Sp，初值1●盘中有桔子，So，初值0●盘中有苹果，Sa，初值0第四步：用伪代码描述beginSp,So,Sa：semaphore;Sp :=1;So :=0;Sa :=0;cobeginFather ( );Mother ( );Son ( );Daughter ( );coend;end;process Father ( )beginL1: P（Sp）;将苹果放入盘中；V（Sa）;goto L1;end;process Mother ( )beginL2: P（Sp）;将桔子放入盘中；V（So）;goto L2;end;process Son ( )beginL3: P（So）;从盘中取出桔子；V（Sp）吃桔子；goto L3；end;process Daughter ( )beginL4: P（Sa）;从盘中取出苹果；V（Sp）吃苹果；goto L4；end;（2）第一步：确定进程3个进程Father（爸爸）、Mother（妈妈）、Son（儿子）Father进程：●将苹果放入盘中Mother进程：●将桔子放入盘中Son进程：●从盘中取出水果（桔子或苹果）●吃水果（桔子或苹果）第二步：确定进程的同步、互斥关系●同步：Father当盘中无水果时，才可以将苹果放入盘中●同步：Mother当盘中无水果时，才可以将桔子放入盘中●同步：Son当盘中有水果（桔子或苹果）时，才可以从盘中取出水果第三步：设置信号量●盘中无水果，empty，初值1●盘中有水果（桔子或苹果），full，初值0第四步：用伪代码描述beginempty, full：semaphore;empty:=1;full :=0;cobeginFather ( );Mother ( );Son ( );coend;end;process Father ( )beginL1: P（empty）;将苹果放入盘中；V（full）;goto L1;end;process Mother ( )beginL2: P（empty）;将桔子放入盘中；V（full）;goto L2;end;process Son ( )beginL3: P（full）;从盘中取出水果;V（empty）;吃水果;goto L3；end;3.某工厂有一个可以存放设备的仓库，总共可以存放10台设备。
生产的每一台设备都必须入库，销售部门可从仓库提出设备供应客户。
设备的入库和出库都必须借助运输工具。
现只有一台运输工具，每次只能运输一台设备。
请设计一个能协调工作的自动调度管理系统。
参考答案：第一步：确定进程可以为入库（Pin）和出库（Pout）各设置一个进程Pin进程：●生产了一台设备●使用运输工具入库Pout进程：●使用运输工具出库●提出设备供应客户第二步：确定进程的同步、互斥关系●同步：当仓库中有空余位置存放设备时，设备才可以入库●同步：当仓库中有存放的设备时，设备才可以出库●互斥：运输工具是临界资源，要互斥访问第三步：设置信号量●仓库中有空余位置数量，empty，初值10●仓库中有存放的设备数量，full，初值 0●为运输工具设置互斥信号量S，初值 1，表示当前可用第四步：用伪代码描述beginempty, full, S：semaphore;empty := 10;full := 0;S := 1;cobeginPin ();Pout ();coend;end;process Pin ( )beginL1: 生产了一台设备 ;P（empty）;P (S);使用运输工具入库;V （S）;V（full）;goto L1;end;process Pout ( )beginL2: P（full）;P (S);使用运输工具出库;V （S）;V（empty）;提出设备供应客户;goto L2;end;4、写者优先的“读者――写者”问题：1）共享读2）互斥写、读写互斥3）写者优先于读者（一旦有写者，则后续读者必须等待，唤醒时优先考虑写者）wmutex:semaphore=1 //读者与写者之间、写者与写者之间互斥使用共享数据S：semaphore=1 //当至少有一个写者准备访问共享数据时，它可使后续的读者等待写完成S2：semaphor＝1 //阻塞第二个以后的等待读者readcount,writecount: semaphore = 0,0; //当前读者数量、写者数量mutex1 :semaphore = 1 //多个读者互斥使用readcountmutex2 :semaphore = 1 //多个写者互斥使用writecountCobegin:Reader: beginRepeatWait（S2）；wait(S);wait(mutex1)if readcount=0 then wait(wmutex);readcount++;signal (mutex1);signal(S);signal（S2）；reading…wait(mutex1);readcount--;if readcount=0 then signal(wmutex);signal(mutex1);until false;begin;writer: beginrepeat;wait(mutex2);if writecount=0 then wait(S);writecount++;signal （mutex2）;wait(wmutex);writing…signal(wmutex);wait(mutex2);writecount--;if writecount=0 then signal(S);signal （mutex2）;until false;end;coend;5、有一个仓库，可以存放A、B两种产品，但要求：①每次只能存入一种产品（A或B）；②A产品数量－B产品数量<M；③B产品数量－A产品数量<N；其中M、N是正整数，使用P、V操作描述产品A与产品B的入库过程。
Mutex,Sa,Sb: Semaphore;Mutex =1;Sa=M-1;Sb=N-1;CoBegin:Process PA:BeginLoop:P(Sa);P(Mutex);产品A入库；V(Mutex);V(Sb);Goto Loop;End;Process PB:BeginLoop:P(Sb);P(Mutex);产品B入库；V(Mutex);V(Sa);Goto Loop;End;CoEnd;5、进程A1、A2、……An1通过m个缓冲区向进程B1、B2……Bn2不断地发送消息。
发送和接收工作遵循如下规则：（1）每个发送进程一次发送一个消息，写入一个缓冲区，缓冲区大小等于消息长度；（2）对每一个消息，B1，B2，…，Bn都必须接收一次，读入各自的数据区内；（3）m个缓冲区都满时，发送进程等待；没有可读的消息时，接收进程等待。
解答：本题是生产者——消费者问题的一个变形，一组生产者A1，A2，…….An1和一组消费者B1，B2，……Bn2公用m个缓冲区，每个缓冲区只要写一次，但需要读n2次，因此，我们可以把这一组缓冲区看成n2组缓冲区，每个发送者需要同时写n2组缓冲区，而每一个接收者只需读它自己对应的那组缓冲区中的对应单元。
Mutex,empty[n2],full[n2]:semaphore;Mutex=1; //多进程互斥使用缓冲区empty[0,1,……n2]={m,m,……m};full[0,1,…..n2]={0,0,……0};int I;Cobegin:Process AiBegin:Loop:Int I;For ( I=0; I<n2; I++)P (empty[I]);P(Mutex);将消息放入缓冲区；v(Mutex);for( I=0; I <n2; I++)v(full[I]);Goto Loop;End;Process BiBegin:Loop:P (full[I]);P(Mutex);从消息缓冲区取出消息；v(Mutex);v(empty[I]);Goto Loop;End;CoEnd;6、理发师问题：一个理发店有N张沙发和一张理发椅，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，他便离开理发店；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。