操作系统第二章部分答案教学总结

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用来实现对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方向上的行人过桥和B方向上的行人过桥的算法进行描述：int countA, countB;countA = 0; countB = 0;Semaphore MA,MB,mutex; //定义了三个互斥信号量MA.value=1; MB.value=1; mutex.value=1;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时，这时有可能存在B方向上的行人在过独木桥。

if (countA == 0)P(mutex); //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+1; //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；//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-1; //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(countA==0) //如果A方向上在独木桥上的行人数减少到0，则V(mutex); //需要释放独木桥临界资源，唤醒第一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，这时有可能存在A方向上的行人在过独木桥。

if (countB==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=countB+1; //当A方向上没有行人过桥时，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V(MB); //退出临界区过桥；//B方向上的行人通过独木桥P(MB); //实现对临界资源countB的互斥访问countB=countB-1; //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V(mutex); //需要释放独木桥临界资源，唤醒第一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(MB); //退出临界区}coend27.有7个并发执行的进程Pi（i=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。

Semaphore S[8]; //定义一个大小等于8的结构型信号量数组for(int i=0;i<8;i++) S[i].V alue=0;process PP(){cobegin //伪代码cobegin和coend表示夹在它们之间的语句可以并发执行{P1; V(S[1]);}{P2; V(S[0]);}{P(S[0]); P(S[1]); P3; V(S[2]); V(S[3]); V(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(S[6]); P7;}coend}29.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。

在本题中，应设置两个信号量S1和S2。

S1表示是否允许司机启动汽车（或表示售票员是否已经关好车门），其初值为0；S2表示是否允许售票员开门（或表示司机是否已经到站停车了），其初值为0.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; //首先定义两个信号量S1和S2S1.value=0; S2.value=0;cobeginprocess driver() process conductor(){ {while(1) while(1){ {P(S1); 关车门;启动汽车; V(S1);正常行车; 售票;到站停车; P(S2);V(S2); 开车门;} 上下乘客;}} }coend我们来分析这个过程，首先将信号量S1和S2的初值都设为0.然后进行以下分析：1.P(S1) ：S1.value = S1.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) ：S1.value = S1.value + 1 = 0 <= 0，唤醒司机进程，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 - 1 = -1 < 0 ，那么售票员在售完票后，售票员进程就会自己阻塞起来，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，每个表目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，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：Semaphore empty,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;cobeginprocess getin() //读者“进入”阅览室的进程{while(1){P (empty); //没有座位则离开P (mutex); //进入临界区填写登记表;进入阅览室读书;V (mutex); //离开临界区V (full); //释放一个读者资源}}process getout () //读者“注销”登记、离开阅览室的进程{while(1){P(full); //阅览室是否有人在读书（是否存在有人的座位）P(mutex); //进入临界区注销登记；离开阅览室；V(mutex); //离开临界区V(empty); //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B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B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; //首先定义3个信号量empty.value=1;SW1.value=0;SW2.value=0;cobeginprocess R(){int x;while(1){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进程阻塞起来等待。

否则，继续向下执行。

B=x; //把读入到变量x中的整数赋值给缓冲区Bif(x%2==1)V(SW1); //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 W1(){int y;while(1){P(SW1); //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(){int z;while(1){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(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}}coend。