操作系统-经典进程的同步问题

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操作系统第6章进程互斥与同步

Co-begin void Producer_i( ) (i=1,2…k) { item next_p; while(1){ produce an item in next_p P(empty); P(s); add next_p to buffer V(s); V(full); } } void consumer_j( ) (j=1,2…m) { item next_c; while(1){ P(full); P(s); remove an item from buffer to next_c V(s); V(empty); consume the item in next_c}} Co-end
• 进入临界段之前要申请，获得批准方可进入； • 退出临界段之后要声明，以便其他进程进入。
用程序描述： While(1){ entry_section; critical_section; exit_section; remainder_section; }
解决临界段问题的软件算法必须遵循：
准则1:不能虚设硬件指令或假设处理机数目。准则2:不能假设n个进程的相对速度。准则3:当一个进程未处于其临界段时，不应阻止其他进程进入临界段。准则4:当若干进程欲进入临界段时，应在有限时间内选出一个进程进入其临界段。用准则3，4不难推出下面原则协调各进程入临界段的调度原则： • 当无进程处于临界段时，允许一个进程立即进入临界段。
3.实现临界段的硬件方法
利用处理机提供的特殊指令实现临界区加锁。常见硬件指令有: ⑴ “Test_and_Set”指令该指令功能描述为： int *target ( 限定为0,1） int Test_and_Set (int *target) { int temp; temp = *target ； *target = 1; return temp; }

计算机操作系统进程同步算法习题选

s
t
解:
设置四个信号量Sin=1，Sout=0，Tin=1，Tout=0； get： while（1） { wait(Sin）; 将数放入S; signal (Sout); } copy： while（1） { wait (Sout）; wait (Tin）; 将数从S取出放入T; signal (Tout); signal (Sin); } put： while（1） { wait (Tout）; 将数从T取走; signal(Tin); }

A1: while (1) { wait(Sin[1]); wait(Sin[2]); 将数据放入缓冲区 signal(Sout[1]); signal(Sout[2]); }
Bi： while (1) { wait(Sout[i]); 从缓冲区取数 signal(Sin[i]); }
向目标前进一步:
司机进程： while(1) { 启动车辆
正常驾驶到站停车 }…
售票员进程： while(1) { 关门
售票
}…
开门
分析：
为保证车辆行驶安全，售票员必须关好车门，然后通知司机启动车辆，在行驶过程中售票员不能打开车门，待车到站停稳后，司机通知售票员才能打开车门，如此不断重复。为此，须设置两个信号量S1，S2用来控制司机和售票员的行为，初值都为0。
解:
算法如下：司机进程： while(1) { wait(S1) 启动车辆正常驾驶到站停车 signal(S2) }… 售票员进程： while(1) { 关门 signal(S1)
售票
wait(S2) 开门 }…
【例题2】
1.用wait、signal操作解决下图之同步问题提示：分别考虑对缓冲区S和T的同步，再合并考虑 get copy put

操作系统：进程同步

操作系统：进程同步基本概念在 Os 中引⼊进程后，虽然提⾼了资源的利⽤率和系统的吞吐量，但由于进程的异步性，也会给系统造成混乱，尤其是在他们争⽤临界资源时。

例如，当多个进程去争⽤⼀台打印机时，有可能使多个进程的输出结果交织在⼀起，难于区分；⽽当多个进程去争⽤共享变量、表格、链表时，有可能致使数据处理出错。

进程同步的主要任务是对多个相关进程在执⾏次序上进⾏协调，以使并发执⾏的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从⽽使程序的执⾏具有可再现性。

在资源共享的情况下：保证诸进程以互斥的⽅式访问临界资源—必须以互斥⽅式访问的共享资源；在相互合作的关系中：进程同步的主要任务是保证相互合作的诸进程在执⾏次序上协调，（有些教材把这种功能称做“协调”）。

相互合作的进程可能同时存在资源共享的关系。

如何实现进程互斥，需要让进程以互斥的⽅式进⼊各⾃的临界区，先执⾏进⼊区的代码。

⼈为地加⼀段代码。

临界资源必须以互斥⽅式访问的共享资源counter的例⼦：在机器语⾔中实现两个进程给count加⼀的操作register1 = countregister1 = register1 + 1count = register1register2 = countregister2 = register2 + 1count = register2但是如果是并发执⾏，可能会出现下⾯的情况register1 = countregister2 = countregister1 = register1 + 1register2 = register2 + 1count = register1count = register2结果就不对了。

可见，counter应该作为临界资源。

多个进程必须对其进⾏互斥访问临界区在每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。

如果能保证诸进程互斥地进⼊⾃⼰的临界区，便可实现诸进程对临界资源的互斥访问。

每个进程在进⼊临界区之前，应先对欲访问的临界资源进⾏检查，看它是否正被访问。

计算机操作系统第二章进程管理(2)

缺点：
（1）进程在等待进入临界区时也要耗费处理器时间，不能实现“让权等待” （2）可能出现进程“饥饿”
2.3.2 信号量机制
新的同步工具——信号量和P、V操作。
信号量：是一种数据结构，代表可用资源实体的数目。
信号量只能通过初始化和两个标准的原语： P（wait(S)）、V（(signal(S)）来访问。 P原语相当于进入区操作，V原语相当于退出区操作。
AND同步机制
AND同步机制的基本思想是：进程运行时所需要的所有资源，要么全部分配给它，使用完毕后一起释放；要么一个都不分配给它。实现时，采用原子操作：要么全部分配到所有资源，要么一个也不分配到。称AND型信号量P原语为：
Swait(Simultaneous wait)
V原语为Ssignal(Simultaneous signal)。
SP原语描述
Swait(S1,S2,„,Sn) /* SP原语描述 */ {while(1) {if(S1>=1&&S2>=1&&„&&Sn>=1) {for(i=1;i<=n;i++) Si--; /* 先确信可满足所有资源要求再减1操作 */ berak; } else /* 资源不够时 */ {将进程放入第一个信号量小于1的阻塞队列Si.sqeue; 将PC中的地址回退到SP开始处；阻塞进程； } } }
第二章进程管理（2）
2.3 进程同步
多进程并发执行时，由于资源共享或进程合作，使进程间形成间接相互制约和直接相互制约关系，这需要用进程互斥与同步机制来协调两种制约关系。进程同步的主要任务：协调进程执行次序，使并发执行的诸进程间能有效地共享资源和相互合作，使程序的执行具有可再现性。

计算机操作系统-汤小丹第4版复习讲义教程第2章进程

对于进程的定义，从不同的角度可以有不同的定义，其中较典型的定义有：
(1) 进程是程序的一次执行。 (2) 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。 (3) 进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
进程与程序的主要区别
1）程序是指令的有序集合，其本身没有任何运行的含义，它是一个静态的概念。而进程是程序在处理机上的一次执行过程，它是一个动态概念。
图2-6 进程的五种基本状态及转换
2.2.3 挂起操作和进程状态的转换 1. 挂起操作的引入：使正在执行的进程暂停执行；引入挂起操作的原因，是基于系统和用户的如下需要： (1) 终端用户的需要。 (2) 父进程请求。 (3) 负荷调节的需要。 (4) 操作系统的需要。
与挂起原语Suspend相应的是激活原语Active
如图2-9所示，OS管理的这些数据结构一般分为以下四类：内存表、设备表、文件表和用于进程管理的进程表，通常进程表又被称为进程控制块PCB。
图2-9 操作系统控制表的一般结构
2. 进程控制块PCB的作用 (1) 作为独立运行基本单位的标志。 (2) 能实现间断性运行方式。 (3) 提供进程管理所需要的信息。 (4) 提供进程调度所需要的信息。 (5) 实现与其它进程的同步与通信。
图2-5 进程的三种基本状态及其转换
3. 创建状态和终止状态 1) 创建状态如前所述，进程是由创建而产生。创建一个进程是个很复杂的过程，一般要通过多个步骤才能完成：如首先由进程申请一个空白PCB，并向PCB中填写用于控制和管理进程的信息；然后为该进程分配运行时所必须的资源；最后，把该进程转入就绪状态并插入就绪队列之中。但如果进程所需的资源尚不能得到满足，比如系统尚无足够的内存使进程无法装入其中，此时创建工作尚未完成，进程不能被调度运行，于是把此时进程所处的状态称为创建状态。

国开期末考试《操作系统》机考试题及答案(第8套)

国开期末考试《操作系统》机考试题及答案(第8套)一、单选题1. 操作系统的基本功能不包括以下哪项？- (A) 进程管理- (B) 文件管理- (C) 网络管理- (D) 内存管理- Answer: (C)2. 下列哪种文件系统不支持文件共享？- (A) FAT- (B) NTFS- (C) ext4- (D) NFS- Answer: (A)3. 进程同步的经典问题中，以下哪个问题不属于资源分配类问题？- (A) 哲学家就餐问题- (B) 读者写者问题- (C) 指令冲突问题- (D) 吸烟者问题- Answer: (D)4. 以下哪种调度算法不考虑进程优先级？- (A) 先来先服务调度- (B) 短作业优先调度- (C) 时间片轮转调度- (D) 最高响应比优先调度- Answer: (A)5. 下列哪项不属于虚拟内存的功能？- (A) 内存保护- (B) 内存扩充- (C) 内存共享- (D) 内存加密- Answer: (D)二、填空题1. 进程的特征有______(5个字)。

- Answer: 动态性、并发性、独立性、不确定性、制约性2. 磁盘调度算法的目标是______(4个字)。

- Answer: 提高磁盘的利用率3. 在分页存储管理方式下，逻辑地址由______和______两部分组成。

- Answer: 页号、页内偏移4. 进程调度算法中，______是指将处理机从一个进程转移到另一个进程的过程。

- Answer: 上下文切换5. 用户态和核心态的切换是通过______指令实现的。

- Answer: 特权指令三、简答题1. 请简要解释进程和线程的区别。

- Answer: 进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，具有独立的内存空间和系统资源。

而线程是进程的执行单位，一个进程可以包含多个线程，共享进程的资源。

线程之间的切换比进程之间的切换开销更小，线程间的通信更加方便。

2. 请简要描述页面置换算法中的FIFO算法。

操作系统复习资料全第二章进程管理(3)-经典同步问题

的进程数，即系统中因请求该类资源而被阻塞的进程数目。
信号量S的值除初始化（为资源数目）外，其值只能通过原
语wait和signal，也称P、V操作来改变。
整型信号量的P、V操作描述
wait和signal
wait(S): while S≤0 do no-op S∶=S-1; signal(S): S∶=S+1; 解释：P或wait操作：当S≤0时，说明无资源可用，一直测试直到其他进程释放该类资源。
1. 至多只允许有四位哲学家同时去拿左边的筷子，最终能保证至少有一位哲学家能够进餐。（增加一个总资源信号量S=4）
2. 仅当哲学家的左、右两只筷子均可用时，才允许他拿起筷子进餐（AND型信号量）。
3. 规定奇数号哲学家先拿他左边的筷子，然后再去拿右边的筷子；而偶数号哲学家则相反。按此规定，将是1、 2号哲学家竞争1号筷子；3、4号哲学家竞争3号筷子。即五位哲学家都先竞争奇数号筷子，获得后，再去竞争偶数号筷子，最后总会有一位哲学家能获得两只筷子而进餐。
1. 利用记录型信号量解决读者为实现Reader与Writer进程间在读或写时的互斥而设置了一个互斥信号量Wmutex；设置一个整型变量Readcount表示正在读的进程数目；当 Readcount=0 时，表示尚无 Reader 进程在读时， Reader 进程才需要执行 Wait(Wmutex) 操作。若 wait(Wmutex) 操作成功，做Readcount+1和读文件操作；当Reader进程在执行了Readcount减1操作后其值为0时，才须执行signal(Wmutex)操作，以便让Writer进程写；又因为Readcount是一个可被多个 Reader进程访问的临界资源，因此，应该为它设置一个互斥信号量rmutex。

计算机操作系统课件02-3进程同步

若进程A和B按下述次序交替执行wait操作： process A: wait(Dmutex)；于是Dmutex=0 process B: wait(Emutex)；于是Emutex=0 process A: wait(Emutex)；于是Emutex=-1 A阻塞 process B: wait(Dmutex)；于是Dmutex=-1 B阻塞
若加1后仍是S.value≤0，则表示在该信号量链表中，仍有等待该资源的进程被阻塞，故还应调用wakeup原语，将S.L链表中的第一个等待进程唤醒。
如果S.value的初值为1，表示只允许一个进程访问临界资源，此时的信号量转化为互斥信号量，用于进程互斥。
3．AND型信号量
上述的进程互斥问题，是针对各进程之间只共享一个临界资源而言的。在有些应用场合，是一个进程需要先获得两个或更多的共享资源后方能执行其任务。
……
producer: repeat
produce an item in nextp；
while counter=n do no-op； buffer［in］:=nextp； in:=in+1 mod n； counter:=counter+1； until false；
consumer: repeat while counter=0 do no-op； nextc:=buffer［out］； out:=(out+1) mod n； counter:=counter-1； consumer the item in nextc； until false；
register1:=register1+1； register2:=register2-1；
counter:=register1； counter:=register2；

计算机操作系统—调度算法

计算机操作系统—调度算法# 有些计算会有问题谅解经典进程的同步问题1、吃⽔果桌上有⼀只盘⼦，每次只能放⼊⼀只⽔果，爸爸专向盘⼦中放苹果(apple)，妈妈专向盘⼦中放桔⼦(orange),⼀个⼉⼦专等吃盘⼦中的桔⼦，⼀个⼥⼉专等吃盘⼦中的苹果。

只要盘⼦中空则爸爸或妈妈可向盘⼦中放⼀只⽔果，仅当盘中有⾃⼰需要的⽔果时，⼉⼦或⼥⼉可从中取出。

把爸爸、妈妈、⼉⼦、⼥⼉看做四个进程，⽤wait、signal操作进⾏管理，使这４个进程能正确地并发执⾏。

如图所⽰。

.png)1、定义信号量的含义与赋值定义⼀个是否允许向盘⼦中存放⽔果的信号量S，其初值为“1” ；定义两个信号量SP和SO分别表⽰盘⼦中是否有苹果或桔⼦的消息，初值均为“0” ，⼀个互斥信号量\[SP=表⽰盘⼦中有苹果；SO=表⽰盘⼦⾥⾯有桔⼦ \]2、写伪代码begin:S,SP,SO:semaphere; //设置信号量S:=1; SP:=0; SO:=0; //进⾏初始赋值Process 爸爸{BeginL1:准备⼀个苹果;wait(S); //申请空盘⼦的互斥信号量将苹果放⼊盘⼦中signal(SP); //盘⼦中有苹果，返回SPGoto L1; //调⽤L1⼥⼉取⾛盘⼦中的苹果end;}Process 妈妈{BeginL2:准备⼀个桔⼦;wait(S); //申请空盘⼦的互斥信号量将桔⼦放⼊盘⼦中signal(SO); //盘⼦中有桔⼦，返回SOGoto L2; //调⽤L2⼉⼦取⾛盘⼦中的桔⼦end;}Process ⼉⼦{beginL3:.wait(SO); //等待盘⼦中有桔⼦从盘⼦中拿⾛桔⼦signal（S）; //拿⾛桔⼦后，盘⼦为空；由SO向S转变end;}Process ⼥⼉{beginL4:.wait(SP); //等待盘⼦中有苹果从盘⼦中拿⾛苹果signal（S）; //拿⾛苹果后，盘⼦为空；由SP向S转变end;}end;2、共享打印机现有四个进程R1，R2，W1，W2，它们共享可以存放⼀个数的缓冲区。

操作系统-进程同步习题答案

第二章进程同步一、选择最合适的答案1. 用P、V操作管理临界区时，信号量的初值一般应定义为（）。

A.–1B.0C.1D.任意值2. 有m个进程共享同一临界资源，若使用信号量机制实现对一临界资源的互斥访问，则信号量的变化范围是（）。

A.1至–(m-1)B.1至m-1C.1至–mD.1至m3. 在下面的叙述中，正确的是（）。

A.临界资源是非共享资源B.临界资源是任意共享资源C.临界资源是互斥共享资源D.临界资源是同时共享资源4. 对进程间互斥地使用临界资源，进程可以（）A.互斥地进入临界区B.互斥地进入各自的临界区C.互斥地进入同一临界区D.互斥地进入各自的同类资源的临界区5. 设两个进程共用一个临界资源的互斥信号量mutex，当mutex＝1时表示（）。

A.一个进程进入了临界区，另一个进程等待B.没有一个进程进入临界区C.两个进程都进入了临界区D.两个进程都在等待6. 设两个进程共用一个临界资源的互斥信号量mutex，当mutex＝-1时表示（）。

A.一个进程进入了临界区，另一个进程等待B.没有一个进程进入临界区C.两个进程都进入了临界区D.两个进程都在等待7．当一进程因在记录型信号量S上执行P(S)操作而被阻塞后，S的值为（）。

A.>0B.<0C.≥0D.≤08．当一进程因在记录型信号量S上执行V(S)操作而导致唤醒另一进程后，S的值为（）。

A.>0B.<0C.≥0D.≤09．如果信号量的当前值为-4，则表示系统中在该信号量上有（）个进程等待。

A.4B.3C.5D.010．若有4个进程共享同一程序段，而且每次最多允许3个进程进入该程序段，则信号量的变化范围是（）。

A. 3，2，1，0B. 3，2，1，0，-1C. 4，3，2，1，0D. 2，1，0，-1，-211．若信号S的初值为2，当前值为-1，则表示有( )个等待进程？A.0B.1C.2D.312．如果有三个进程共享同一互斥段，而且每次最多允许两个进程进入该互斥段，则信号量的初值应设置为（）。

[操作系统]经典进程同步问题题库

1、测量控制系统中的数据采集任务把所采集的数据送一单缓冲区；计算任务则从该缓冲区中取出数据并进行计算。

试写出利用信号量机制实现两者共享单缓冲区的同步算法。

Var Sempty，Sfull: semaphore:= 1,0BeginParbeginCollection:beginrepeat采集一个数据；wait(Sempty);数据放入缓冲区；signal(Sfull);untill false;end;Compute:beginrepeatwait(Sfull);从缓冲区取出数据;signal(Sempty);计算;` until false;end;ParendEnd2、有一阅览室，共有100个座位。

读者进入时必须先在一种登记表上登记，该表为每一座位列一个表目，包括座号和读者姓名。

读者离开时要注销掉登记内容。

试用wait和signal原语描述读者进程的同步问题。

var mutex, readcount :semaphore := 1,100; BeginParbeginProcess Reader:beginrepeatwait(readcount);wait(mutex);<填入座号和姓名完成登记>；signal(mutex);<阅读>wait(mutex)<删除登记表中的相关表项，完成注销>signal(mutex);signal(readcount);until false;end;parend;End;1）、桌上有一空盘，只允许放一个水果，爸爸专向盘中放苹果，妈妈专向盘中放桔子；女儿专吃盘中的苹果，儿子专吃盘中的桔子；试用wait 和signal原语实现爸爸、妈妈、女儿、儿子之间的同步问题。

var Sempty, Sapple, Sorange,: semaphore:= 1,0,0; beginparbeginFather: beginrepeatwait(Sempty);<put apple in tray>;signal(Sapple);until false;end;Mother: beginrepeatwait(Sempty);<put orange in tray>;signal(Sorange);until false;end;Son: beginrepeatwait(Sorange);<take orange>;signal(Sempty);until false;end;Daughter: beginrepeatwait(Sapple);<take apple>;signal(Sempty);until false;end;parend;end;1、在4×100米接力赛中，4个运动员之间存在如下关系，运动员1跑到终点把接力棒交给运动员2；运动员2一开始处于等待状态，在接到运动员1传来的接力棒后才能往前跑，他跑完100米后交给运动员3，运动员3也只有在接到运动员2传来的棒后才能跑，他跑完100米后交给运动员4，运动员4接到棒后跑完全程。

操作系统读者写者问题报告

操作系统读者写者问题报告一、引言操作系统中的读者写者问题是一个经典的同步问题，它涉及多个进程对共享资源的访问，需要保证数据的正确性和一致性。

本报告将介绍读者写者问题的背景、定义、解决方法以及实现过程。

二、背景读者写者问题最早由Dijkstra在1965年提出，它是一个典型的并发控制问题。

在多进程环境下，当多个进程同时访问共享资源时，容易发生冲突和竞争条件。

读者写者问题就是其中比较常见和重要的一种。

三、定义读者写者问题是指有多个进程同时访问一个共享资源，其中有些进程只是读取该资源，而另一些进程则需要修改该资源。

为了保证数据的正确性和一致性，必须采取某种机制来控制这些进程对共享资源的访问。

四、解决方法1. 互斥锁：使用互斥锁来保证同一时间只有一个进程可以访问共享资源。

这种方法简单易行，但可能会导致饥饿现象。

2. 信号量：使用信号量来实现对共享资源的访问控制。

其中包括两个信号量：一个用于记录正在访问该资源的读者数量，另一个用于记录正在访问该资源的写者数量。

这种方法可以避免饥饿现象，但可能会导致死锁。

3. 读写锁：使用读写锁来实现对共享资源的访问控制。

读写锁包括两种类型：读锁和写锁。

多个进程可以同时获得读锁，但只有一个进程可以获得写锁。

这种方法可以提高并发性能，但实现较为复杂。

五、实现过程下面以信号量为例介绍如何实现读者写者问题：1. 定义两个全局变量readcount和writecount，分别表示正在访问该资源的读者数量和写者数量。

2. 定义两个信号量mutex和wrt，初始化为1。

3. 读者进程：a. P(mutex)；b. readcount++；c. 如果readcount==1，则P(wrt)；d. V(mutex)；e. 读取共享资源；f. P(mutex)；g. readcount--；h. 如果readcount==0，则V(wrt)；i. V(mutex)。

4. 写者进程：a. P(wrt)；b. 写入共享资源；c.V(wrt)。

操作系统很全很详细的进程同步与互斥问题

进程的同步
例1：请用信号量机制描述下列并发进程的同步关系。请用信号量机制描述下列并发进程的同步关系。
S P1
P2
P3
P4 F
进程的同步
解法一：信号量表示进程能否开始。解法一：信号量表示进程能否开始。设信号量m1、m2、m3、m4分别表示进程、P2、分别表示进程P1 设信号量m1、m2、m3、m4分别表示进程P1、P2、 P3、P4能否开始执行，其初值m1为1，其余均为0。 P3、P4能否开始执行其初值m1为其余均为0 能否开始执行，
思考：思考：哪个信号量可以省略？哪个信号量可以省略？
m1 p4() {
P(m3) ；执行p3；执行p3； V(m4) ；
P(m4) ； P(m4)； P(m4)；执行p4；执行p4；
}
}
}
}
进程的同步
解法二：信号量表示进程是否结束。解法二：信号量表示进程是否结束。设信号量m1、m2、m3、m4分别表示进程、P2、分别表示进程P1 设信号量m1、m2、m3、m4分别表示进程P1、P2、 P3、P4是否结束，其初值均为0。 P3、P4是否结束其初值均为0 是否结束，
进程的同步
例3-2：吃水果。吃水果。父亲父亲 { 洗水果；洗水果；放水果；放水果； } } P1 0 桔子苹果女儿儿子 { 取桔子；取桔子；吃桔子；吃桔子； } P2 女儿 P3 while(true) { 取苹果；取苹果；吃苹果；吃苹果；儿子
while (true)
p3() { while(1) { P(m3) ；取苹果；取苹果； V(m1)； V(m1)；吃苹果；吃苹果； } }
进程的同步

操作系统教程第2章复习

S3
(a) 程序的顺序执行
(b) 三条语句的顺序执行
图 2-1
程序的顺序执行
第二章进程管理 2. 程序顺序执行时的特征 (1) 顺序性：处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行，即每一操作必须在上一个操作结束之后开始。 (2) 封闭性：程序是在封闭的环境下执行的，即程序运行时独占全机资源，资源的状态(除初始状态外)只有本程序才能改变它。程序一旦开始执行，其执行结果不受外界因素影响。 (3) 可再现性：只要程序执行时的环境和初始条件相同，当程序重复执行时，不论它是从头到尾不停顿地执行，还是 “停停走走”地执行，都将获得相同的结果。程序顺序执行时的特性，为程序员检测和校正程序的错误带来了很大的方便。
第二章进程管理
2.1.2.前趋图
• 为了描述一个程序的各部分(程序段或语句)间的依赖关系，或者是一个大的计算的各个子任务间的因果关系，我们常常采用前趋图方式。
图2-2 九个结点的前趋图
第二章进程管理
前趋图（续）
• P1为初始结点，P9为终止结点每个结点还具有一个重量。 • 该前趋图，存在下面的前趋关系： P1→P2 ， P1→P3 ， P1→P4 ， P2→P5 ， P3→P5 ， P4→P6 ， P4→P7 ， P5→P8 ， P6→P8，P7→P9，P8→P9；或表示为： • Ｐ ={P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9} ={(P1,P2),(P1,P3),(P1,P4), (P2,P5),(P3,P5),(P4,P6), (P4,P7),(P5,P8),(P6,P8), (P7,P9),(P8,P9)}
第二章进程管理或者说，OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。例如，当OS要调度某进程执行时，要从该进程的 PCB中查出其现行状态及优先级；在调度到某进程后，要根据其PCB中所保存的处理机状态信息，设置该进程恢复运行的现场，并根据其PCB中的程序和数据的内存始址，找到其程序和数据；进程在执行过程中，当需要和与之合作的进程实现同步、通信或访问文件时，也都需要访问PCB；当进程由于某种原因而暂停执行时，又须将其断点的处理机环境保存在PCB中。可见，在进程的整个生命期中，系统总是通过PCB对进程进行控制的，亦即，系统是根据进程的PCB而不是任何别的什么而感知到该进程的存在的。所以说，PCB是进程存在的惟一标志。

操作系统中的进程间通信与同步机制

操作系统中的进程间通信与同步机制在计算机领域中，操作系统是一个必不可少的软件，它管理着计算机硬件和软件资源，并且为用户和应用程序提供了一个运行环境。

而进程是操作系统中执行中的程序实例，它是计算机资源分配、调度和执行的基本单位。

在一个操作系统中，多个进程常常需要进行通信和同步，以便进行数据传递和协调工作。

本文将讨论操作系统中的进程间通信与同步机制。

一、进程间通信（IPC）进程间通信，简称IPC（Inter-Process Communication），是指不同进程之间相互交换数据和信息的一种机制。

它允许进程之间共享资源、传递消息和协调活动。

在操作系统中，有几种常见的IPC机制，包括管道、共享内存、消息队列和套接字等。

1. 管道（Pipe）管道是一种最简单的进程间通信机制，它创建了一个字节流管道，一个进程的输出可以直接作为另一个进程的输入。

在Unix/Linux系统中，使用pipe()系统调用创建一个管道，典型的管道用法是通过fork()系统调用创建一个子进程，其中一个进程通过管道向另一个进程传递数据。

2. 共享内存（Shared Memory）共享内存是一种进程间通信的高效机制，它允许多个进程访问同一个内存区域，从而实现数据的共享。

在操作系统中，使用共享内存可以显著提高进程间通信的速度。

常见的共享内存接口包括shmget、shmat和shmdt等。

3. 消息队列（Message Queue）消息队列是一种进程间通信的方式，它通过在消息队列中传递和接收消息来实现进程间的数据交换。

在操作系统中，消息队列常用于解决生产者-消费者问题，其中一个进程将数据发送到消息队列，另一个进程从消息队列中接收数据。

4. 套接字（Socket）套接字是一种进程间通信的通用机制，它允许不同计算机上的进程通过网络进行通信。

套接字可以进行不同类型的通信，包括面向连接的socket和面向无连接的socket。

在操作系统中，套接字常用于实现分布式系统和网络应用程序。

java与操作系统进程同步问题（一）————互斥问题

java与操作系统进程同步问题（⼀）————互斥问题最近学校开设了操作系统原理课程，⽼师要求⽤任意语⾔去模拟进程的同步和互斥问题。

在尝试的写了之后，发现这个问题⾮常有意思，故想记录在博客中，作为⾃⼰的学习轨迹。

个⼈还是⽐较喜欢⽤Java语⾔，所以采⽤了java来编写。

今天记录的是多个进程访问互斥资源量的问题，互斥即是某⼀资源同⼀时刻，只允许⼀个进程访问，在离散数学中，对互斥定义如下事件A和B的为空，A与B就是事件，也叫事件。

也可叙述为：不可能同时发⽣的事件。

如A∩B为不可能事件（A∩B=Φ），那么称事件A与事件B互斥，其含义是：事件A与事件B在任何⼀次试验中不会同时发⽣（百度百科）。

如⽇常⽣活中的打印机，就是⼀个公共资源，同⼀时刻，只允许⼀个任务进⾏，其他任务排队等待。

采⽤记录型信号量来实现。

相应的wait(Semaphore s) (wait操作就是p操作，我们的课本⾥是这种叫法)的伪代码就是1 wait(Semaphore *s){2 s->value--; //value是资源个数3if(s->value < 0){4 block(s->list); //list是PCB(process_control_block)块5 }6 }对应的signal（signal就是v操作）的伪代码就是:signal（Semaphore *s）{s->value++;if(s->value >= 0)wakeup(s->list);}所以⾸先我们得实现⼀个信号量类，采⽤synchronized块来模拟wait和signal操作 ,具体synchronized的细节请⾃⾏百度或者查阅其他博客园的⽂章，我理解的也不是特别透彻。

public class Semaphore {public Object lock = new Object(); //synchronized锁住的是对象public int value; //资源个数public Semaphore(int value) {this.value = value;}}在该类中我们实现wait和signal⽅法public static void Wait(Semaphore semaphore,String className) { //classname⽤来判断是那个线程synchronized (semaphore.lock) {semaphore.value--;if (semaphore.value < 0){try {System.out.println(className + "被阻塞");semaphore.lock.wait();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}}public static void Signal(Semaphore semaphore,String className){synchronized (semaphore.lock) {semaphore.value++;if (semaphore.value <= 0) {System.out.println(className + "资源量⾜够，唤醒⼀个");semaphore.lock.notify();}}}可以看到跟最开始的伪代码基本思想都是⼀样的。

操作系统第2章2

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writerj(void)(j=1,2,…,m) vord writerj(void)(j=1,2, ,m) { while(true){ p (wmutex); 文件；写文件； v(wmutex)； v(wmutex)；} } Coend
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其他经典同步问题
司机—售票员问题
设公共汽车上，司机和售票员的活动分别是：司机：售票员：启动车辆上下乘客正常行车关车门到站停车售票开车门上下乘客在汽车不断到站，停车，行驶过程中，这两个活动的同步关系。解答
struct semaphore r15
cobegin readeri(void)(i=1,2,…k) void readeri(void)(i=1,2, k) { while(true){ p(rmutex)； p(rmutex)； if( if( readcount= =0 ) then p(wmutex); readcount:=readcount+1; v(rmutex); 读文件；读文件； … p(rmutex)； p(rmutex)； readcount:=readcountreadcount:=readcount-1; If( readcount= =0) then v(wmutex); v(rmutex); } }
生产者消费者生产者消费者系统中使用资源的进程——消费者系统中释放资源同类资源的进程——生产者
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Dijkstra把同步问题抽象成一种生产者和消 Dijkstra把同步问题抽象成一种生产者和消费者关系，费者关系，计算机系统中的许多问题都可以被归结为生产者和消费者关系。我们可以通过具有n 结为生产者和消费者关系。我们可以通过具有n 个缓冲区的缓冲池把生产者和消费者联系起来

计算机操作系统

初值：s1=n;s2=0
生产者消费者问题
生产者－消费者(Producer-Consumer)问题是著名的进程同步问题。它描述一组生产者向一组消费者提供消息，它们共享一个有界缓冲池，生产者向其中投放消息，消费者从中取得消息。
利用记录型信号量解决生产者利用记录型信号量解决生产者-消费者问题
由于有界缓冲区是临界资源，因此，各生产者进程和消费者进程之间必须互斥执行。有以上分析我们设公用信号量mutex保证生产者进程和消费者进程之间的互斥,设信号量empty表示有界缓冲区中的空单元数,初值为n;信号量full表示有界缓冲区中的非空单元数,初值为0.信号量mut ex表示有界缓冲区中的个数,初值为1.从而有:
Swait(emp ty,mutex)
Swait(full, mutex)
Ssignal(mu tex,full)
Ssignal(mute x, empty)
producer: i=0; While(true){ 生产产品； Swait(empty,mutex)；往Buffer[i]放产品； Ssignal(mutex,full)； i=(i+1)%n; }
图书馆阅览室问题问题描述：假定阅览室最多可同时容纳100个人阅读，读者进入时，必须在阅览室门口的一个登记表上登记，内容包括姓名、座号等，离开时要撤掉登记内容。用P、V操作描述读者进程的同步算法。
课后练习 2 吃水果问题
问题描述：桌上有一只盘子，每次只能放一个水果，爸爸专向盘中放苹果，妈妈专向盘中放桔子，儿子专等吃盘里的桔子，女儿专等吃盘里的苹果。只要盘子空，则爸爸或妈妈可向盘中放水果，仅当盘中有自己需要的水果时，儿子或女儿可从中取出，请给出四人之间的同步关系，并用P、V操作实现四人正确活动的程序。

计算机操作系统复习题目(2)

第二章进程管理（三）进程同步5、经典同步问题1、生产者—消费者问题生产者消费者问题是一种同步问题的抽象描述。

计算机系统中的每个进程都可以消费（使用）或生产（释放）某类资源。

这些资源可以是硬件资源，也可以是软件资源。

当某一进程使用某一资源时，可以看作是消费，称该进程为消费者。

而当某一进程释放某一资源时，它就相当于生产者。

问题1：设某计算进程CP和打印进程IOP共用一个单缓冲区，CP进程负责不断地计算数据并送入缓冲区T中，IOP进程负责不断地从缓冲区T中取出数据去打印。

通过分析可知，ＣＰ、ＩＯＰ必须遵守以下同步规则：(1)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;(2)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.(3)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：问题2：一组生产者通过具有N个缓冲区的共享缓冲池向一组消费者提供数据。

问题分析”：为解决生产者消费者问题，应该设两个同步信号量，一个说明空缓冲区的数目，用empty表示，初值为有界缓冲区的大小N，另一个说明已用缓冲区的数目，用full表示，初值为０。

由于在此问题中有M个生产者和N个消费者，它们在执行生产活动和消费活动中要对有界缓冲区进行操作。

由于有界缓冲区是一个临界资源，必须互斥使用，所以，另外还需要设置一个互斥信号量mutex，其初值为１。

问题的解：注意：在每个程序中用于实现互斥的P(mutex)和V(mutex)必须成对的出现对资源信号量empty和full的P和V操作，同样需要成对地出现，但它们分别处于不同的程序中。

在每个程序中的多个P操作顺序不能颠倒。

先同步后互斥。

生产者进程缓冲池消费者进程1┇┇i┇┇2、哲学家就餐问题有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心粉，每人面前有一只空盘子，每两人之间放一只筷子。