习题解答——第3章 进程同步与通信

第3章进程同步与通信
6．有三个并发执行的进程A、B和C，A负责输入信息到缓冲区，B负责加工输入到缓冲区中的数据，C负责将加工后的数据打印输出。

在下列情况下：
（1）单缓冲区。

（2）由N个缓冲区组成的缓冲池。

分别写出三个进程的并发关系。

答：（1）semaphore S1=1，S2=S3=0
A: B: C:
while(1) { while(1) { while(1) {
P(S1); P(S2); P(S3);
输入信息到缓冲区; 加工缓冲区中数据; 输出缓冲区中数据;
V(S2); V(S3); V(S1);
} } }
（2）semaphore S1=N;
semaphore S2=0,S3=0;
semaphore mutex=1;
int i.,j,k;
ITEM buffer[N];
ITEM data_i,data_o;
A: B: C:
while(1) { while(1) { while(1) {
P(S1); P(S2); P(S3);
P(mutex) ;P(mutex) ;P(mutex);
输入数据data_i; data_o= buffer[k];
buffer[i]=data_i; 处理中buffer[j]的数据k=(k+1)%N;
i=(i+1)%N; j=(j+1)%N; 输出data_o;
V(mutex); V(mutex); V(mutex) ;
V(S2); V(S3); V(S1);
} } }
7．三个并发执行的进程A、B和C，A与B共享缓冲区M，B与C共享缓冲区N，如图所示：假如缓冲区的大小只能存放一个单位的数据，试写出A、B、C三个进程的同步关系。

答：
semaphore S1=M;S3=N;
semaphore S2=0,S4=0;
semaphore mutex=1;
int i.,j,k,l;
ITEM buffer1[M];
ITEM buffer2[N];
ITEM data_i,data_o;
A: B: C:
while (1) { while (1) { while (1) {
P(S1); P(S2); P(S4);
P(mutex); P(mutex) ;P(mutex);
输入数据data_i; data_o=buffer1[j]; data_o= buffer[l];
buffer1[i]=data-i; j=(j+1)%M; l=(l+1)%N;
i=(i+1)%M; V(mutex); 输出data_o;
V(mutex); V(S1); V(mutex);
V(S2); P(S3) V(S3);
} P(mutex); }
buffer2[k]=data_o;
k=(k+1)%N;
V(mutex);
V(S4)
}
9．设有两个优先级相同的进程P1，P2如下，令信号量S1、S2的初值为0，已知z=2，试问P1、P2并发运行结束后x=？y=？z=？
进程P1 进程P2
y: =1；x:=1；
y:=y+2 ；x:=x+1；
V(S1)；P(S1)；
z:=y+1；x:=x+y；
P(S2)；V(S2)；
y:=z+y；z:=x+z；
解答：
由题意可知执行顺序存在如下5种情况：
z:=y+1----→ x:=x+y----→ y:=z+y----→ z:=x+z ……
z:=y+1----→ x:=x+y----→ z:=x+z----→ y:=z+y ……
x:=x+y----→ z:=y+1 ----→ z:=x+z----→ y:=z+y ……
x:=x+y----→ z:=y+1 ----→ y:=z+y----→ z:=x+z ……
x:=x+y----→ z:=x+z ----→ z:=y+1----→ y:=z+y ……
和的结果为：x=5,y=7,z=9;
和结果为：X=5,y=12,z=9;
的结果为：x=5,y=7,z=4;
*10．有一个隧道，由于很窄，只能容纳一个方向的车辆通过。

如果东西两方向的车辆都想通过该隧道，并有下面的情况：
（1）如东西两方向的车辆都想通过隧道时，便形成了等待队列。

（2）若一个方向没有车辆，允许另一个方向的车辆通过。

（3）若双方都有车辆想通过，则先到达的哪个方向的车辆先通过。

试用PV操作描述东西两方向车辆的同步关系。

解答：方法一：（用信号量）
Semaphore eastmutex,westmutex,mutex=1;
Int east,west=0;
东方向车：
Void eastcar()
{
while(true)
{ P(eastmutex);
If(east==0)
P(mutex);
east++;
V(eastmutex);
Go through the tunnel;
P(eastmutex);
east--;
If(east==0)
V(mutex);
V(eastmutex);
Leave;
}
}
西方向车：
Void westtcar()
{
while(true)
{ P(westmutex);
If(west==0)
P(mutex);
west++;
V(westmutex);
Go through the tunnel;
P(westmutex);
west--;
If(west==0)
V(mutex);
V(westmutex);
Leave;
}
}
方法二：（用一般“信号量集”）
Semaphore eastmutex,westmutex=N;
东方向车：
Void eastcar()
{
swait(eastmutex,1,1; westmutex,N,0);
Go through the tunnel;
Ssignal(eastmutex,1);
}
西方向车：
Void westcar()
{
swait(westmutex,1,1; eastmutex,N,0);
Go through the tunnel;
Ssignal(westmutex,1);
}
*13．在读者、写者问题中，如果总有读者进程进行读操作，会造成写者进程永远都不能进行写操作（读者优先），即所谓的写者饿死现象。

给出读者、写者问题的另一个解决方案：即保证当有一个写者进程想写时，不允许读者进程再进入，直到写者写完为止，即写者优先。

解答：
Semaphore Rmutex,Wmutex,mutex1=mutex2=1;
Int Rcount,Wcount=0;
读者：
Void reader()
{
while(true)
{ P(mutex1);
V(mutex1);
P(Rmutex);
If(Rcount==0)
P(Wmutex);
Rcount++;
V(Rmutex);
reading;
P(Rmutex);
Rcount--;
If(Rcount==0)
V(Wmutex);
V(Rmutex);
Leave;
}
}
写者：
Void writer()
{
while(true)
{ P(mutex2);
If(Wcount==0)
P(mutex1);
Wcount++;
V(mutex2);
P(Wmutex);
Writing;
V(Wmutex);
P(mutex2);
Wcount--;
If(Wcount==0)
V(mutex1);
V(mutex2);
Leave;
}
}。