操作系统第二章部分答案

26.假定有如下独木桥问题：过桥时，同一方向的行人可连续过桥，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。

试用信号量机制解决。

答：(1)将独木桥的两个方向分别标记为A和B。

用整型变量countA和countB分别表示A、B方向上已在独木桥上的行人数，初值都设置为0。

需要设置三个初值都为1的互斥信号量：MA用来实现对countA的互斥访问，MB用來实现对countB的互斥访问，mutex用来实现两个方向的行人对独木桥的互斥使用。

(2)以下使用信号量机制对A力向上的行人过桥和B方向上的行人过桥的算法进行描述：mt countA. countB;counlA= 0; countB = 0:Semaphore MA.MB .mutex; //定义了三个互斥信号量MA.value=l; MB.value=l; mutex.value=l;cobeginprocess A_direction_cross_bridge_person //A 方向上过独木桥的行人进程P(MA): //实现对临界资源countA的互斥访问〃当A方向上没有行人过独木桥吋，这吋有可能存在B方向上的行人在过独木桥。

if (countA = 0)P(mutex); ,7如果当前独木桥正在被使用，说明B方向上的行人正在过桥，则A方向上的行人必须等待。

countA=countA+l; 〃当B方向上没有行人过桥时，则A方向上的行人可以过独木桥。

因此A 方向上已在独木桥上的行人数增加1个V(MA); 〃退出临界区过桥：打A方向上的行人通过独木桥P(MA): 〃实现对临界资源countA的互斥访问countA=countA-l; //当A方向上的行人已经通过了独木桥时,则A方向上在独木桥上的行人数需要减少1个if(counlA==0)〃如果A方向上在独木桥上的行人数减少到0.则\>utex); 〃需要释放独木桥临界资源，唤醒第■个由于在等待独木桥而处于等待状态的B 方向上过独木桥的行人进程(如果此进程存在)V(MA);"退出临界区Process B_direction_cross_bridge_person //B 方向上过独木桥的行人进程P(MB); 〃实现对临界资源countB的互斥访问〃当B方向上没有行人过独木桥时，这吋有可能存在A方向上的行人在过独木桥。

if (couiitB==0)P(mutex)：//如果当前独木桥正在被使用，说明A方向上的行人正在过桥，则B方向上的行人必须等待。

countB=couiitB-l; 〃当A方向上没有行人过桥吋，则B方向上的行人可以过独木桥。

因此B 方向上已在独木桥上的行人数增加1个退出临界区//V(MB):过桥：/汨方向上的行人通过独木桥P（MB）："实现对临界资源counts的互斥访问coiintB=countB-l;//当B方向上的行人已经通过了独木桥时，则B方向上在独木桥上的行人数需要减少1个if（countB=0）〃如果B方向上在独木桥上的行人数减少到0,则\'（mutex）; 〃需要释放独木桥临界资源，唤醒第-个由于在等待独木桥而处于等待状态的A方向上过独木桥的行人进程（如果此进程存在〉V©IB）：〃退出临界区coend27•有7个并发执行的进程Pi （迄1,2,…,7）,若希望它们按照如下图所示的次序执行，试写出进程并发执行的算法。

S[5] P4 S[2] P2 S[0]P6 S[3]S⑺P3 P7 st4]S[l]S[6]P5 Pl的结构型信号量数组定义-个人小等于SSemaphore S[8]： Aalue=0： S[i]A-for（mt尸0:i<8:i卄）process PP（）coend农示夹在它们之间的语句可以并发执行伪代码cobegin和cobegiiU {P1: V(S[1])：}{P2;V(S[0]);}{P(S[0]): P(S[1]): P3: V(S[2]); V(S[3])： \'(S[4]);}{P(S[2]); P4：V(S[5]);}{P(S[4]): P5;V(S[6]):}{P(S[5]): P(S[3]): P6: V(S[7])：}{P(S[7]): P(S⑹):P7：} coend在公共汽车上，司机的活动描述为：启动汽车、正常行车、到站停车；售票员的活29.动描述为：关车门、售票、开车门：试写出司机与售票员之间的同步算法。

答：在汽车行驶过程中，司机活动与售票员活动之间的同步关系为：售票员关车门后, 向司机发开车信号，司机接到开车信号后启动汽车，在汽车正常行驶过程中售票员售票，到站时司机停车，售票员在车停后开车门让乘客上下车。

因此司机启动汽车的动作必须与售票员关车门的动作取得同步，而售票员开车门的动作也必须与司机到站停车的动作取得同步。

表示是否允许司机启动汽车（或表示售票员是否已S1。

在本题中，应设置两个信号量S1和S2,其初农示是否允许售票员开门（或农示司机是否已经到站停车了）；，其初值为经关好车门）0S20. 值为采用信号量机制描述司机与售票员之间的同步算法如下: Semaphore S1,S2;/Z 首先定义两个信号量SI 和S2 Srvalue=0; S2.value=0;cobeginprocess driver() while(l) 关车门;V(S1)； 售票； P(S2): 开车门;上下乘客；coend我们来分析这个过程，首先将信号量SI 和S2的初值都设为0・然后进行以下分析：1. P(Sl) : Sl.value = Sl.value -1 = -1 < 0 .那么司机进程就自己阻塞起来，等待售票员进程，售 票员关车门。

2. V(S1) : Sl.value = Sl.value-1=0 <=0.唤醍司机逬程，那么司机就开始启动汽车、正常行车； 在此期间，售票员也可以同时进行售票。

3. P(S2) : S2.value = S2.value-l=-l<0 .那么售票员在售完票后，售票员进程就会自己阻塞起 來，等待司机进程。

这样就能避免当司机还没到站停车时，售票员就已经将车门打开了。

而这是 不允许的。

4. V(S2) : S2.value = S2.value 1 = 0 <= 0.司机到站停车之后，就唤醒售票员进程.那么售票员 就开启车门让乘客上下车。

那么这个进程就完成了。

30. 一个阅览室共有100个座位，用一张表来管理，每个表U 记录座位号和读者 姓名。

读者进入时要先在表上登记，离开时要注销登记。

试写出读者“进入"和 “注销”之间的同步算法。

答：读者的动作有两个，•是填衣进入阅览室读书，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 资源信号量一一表示阅览室里的空座位的数目，初值为100： fuU 资源信号量——农示阅 览室里有人的座位的数目(或衣示阅览室里的读者的数目)，初值为0： mutex 互斥信号量一 农示对登记农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：Semaphore empty,fulhmutex: 〃首先定义两个资源信号量enq)ty> full 和一个互斥信号量mutex empty3'alue= 100; full.value=O;mutexA*alue=l;cobegin读者“进入”阅览室的进程processgetui()//process conductor()while(l)P(S1)： 启动汽车;正常行车;到站停车;V(S2);〃没有座位则离开〃进入临界区〃离开临界区〃释放•个读者资源 process getout ()//读者“注销”登记、离开阅览室的进程〃阅览室是否有人在读书(是否存在有人的座位) 〃进入临界区〃离开临界区 〃释放一个座位资源coend32.假定有3个进程R. W1. W2共享一个缓冲区B, B 中每次只能存放一个整数。

进程R 从输入设备读入一个数进缓冲区B 。

若读入的是奇数，则由进程W1取出 打印；若读入的是偶数，则由进程W2取出打印。

规定不能重复从B 中取数打印。

试写出同步算法。

答：需要设置3个信号量：(1〉信号量empty 用于表示进程R 可向缓冲区B 中读入的整数个数，初值为1,表示进程R 能 读入一个整数到缓冲区B 中.(2) 信号量SW1的初值为0,表示开始时缓冲区E 中没有奇数可供进程W1读取.SW1控制 R 与W1之间的同步。

(3) 信号量SW2的初值为0,表示开始时缓冲区E 中没有偶数可供进程W2读取。

SW2控制 R 与W2之间的同步. 使用信号量机制对这三个进程的同步算法描述如下：Semaphore empty,SW1,SW2; 〃骨先定义 3 个信号量 empty.value=l:S\VLvalue=0;SW2.value=0;cobeginprocess RQmtx;while(l)从输入设备上读一个整数到X:P(empty)： 〃判断进程R 能否向缓冲区B 中读入一个整数。

如果不可以，则R 进程阻塞起來等 待。

否则，继续向下执行。

B=x; //把读入到变量X 中的整数賦值给缓冲区BP (enqjty);P (mutex)： 填写登记衣； 进入阅览室请书;(mutex);(full)：P(fuU);P(mutex): 注销登记： 离开阅览室:V(empty):if(x%2=l)\-(S\Vl); //如果读入的是奇数，则向进程W1发出信号elseV(SW2); //如果读入的是偶数，则向进程W2发出信号process Wl()mty;P(SWl); //收到R发过来的信号，已产生一个奇数y=B: 〃取出缓冲区B中的奇数到变量y中打印y中的数；V(empty):"向R发出信号，使进程R又可以向缓冲区B读入一个整数process W2() mtz;P(SW2);//收到进程R发过来的信号.已产生一个偶数z=B: //取出缓冲区B中的偶数到变量Z中打印Z中的数：V(en^ty); A向R发出信号・使进程R又可以向缓冲区B读入一个整数。