第3章 进程管理 PV操作专题

解答：设置四个信号量empty1、empty2、 full1、full2、mutex1和mutex2，信号量 empty1和empty2分别表示缓冲池1和缓冲池2是 否为空，其初值为m和n；信号量full1和full2 分别表示缓冲池1和缓冲池2是否有记录供读出， 其初值均为0；信号量mutex1和mutex2分别表 示对缓冲池1和缓冲池2的访问互斥，其初值为 1。其进程间的同步与互斥关系如下：
main() { father(); mother(); son(); daughter(); }
father() { while(1) { p(place); p(mutex) place apple; v(mutex); v(apple); } }
mother() { while(1) { p(place); p(mutex) place orange; v(mutex); v(orange); } }
PC( ) { while(1) { P(full2); 从缓冲池2中取出一件产品； V(empty2); } }
例10：两个山崖间有一根铁索，山崖两边 各有一群猴子，任何时候同时只能有一个方向 的猴子通过铁索。使用P、V操作写出山崖两边 的猴子过铁索的算法。
解答：一个山上的猴子就是一群读者， 第二个山上的猴子为另一群读者，两群读者 互斥使用铁索。设信号量waymutex表示山两边 的猴子对铁索的互斥共享，初值为1；设 m1count和m2count表示对两边猴子的记数，其 初值为0；设m1mutex 和m2mutex表示两群猴子 中各猴子互斥访问记数变量的信号量，初值都 为1，其同步与互斥的算法如下：
（2）调度就能成先向处理进程“发信”， 请求处理作业，然后等待处理进程处理完毕的 回答。“等待回答”（“接收”）保证了处理 进程未处理完一个作业之前，调度进程不再调 度新作业。 处理进程首先要等待调度进程的 处理要求，（收信）才能进行作业处理。当作 业处理完毕后，处理进程应“发信”回答调度 进程，使之再调度下一作业。 它们之间的关系如下所示：
COBEGIN PROCESS PI(I=1，2，„„) begin ； 进入售票厅； 购票； 退出； end； COEND (3)若欲购票者最多为n个人，写出信号量 可能的变化范围(最大值和最小值)。
解答： (1)定义一信号量S，初始值为20。 意义： S>0 S的值表示可继续进入售 票厅的人数 S=0 表示售票厅中已有20名顾 客(购票者) S<0 |S|的值为等待进入售票 厅的人数 (2)上框为P(S) 下框为V(S) (3)S的最大值为20 S的最小值为20－n 注：信号量的符号可不同(如写成t)，但使用 时应一致(即上述的s全应改成t)。
monkeygroup2( ) { while(1) {P(m2mutex); if m2count=0 then P(waymutex); m2count=m2count+1; V(m2mutex) „„ P(m2mutex); m2count=m2count-1; if m2count=0 then V(waymutex); V(m2mutex) } }
int empty1=m; int empty2=n; int full1=0; int full2=0; int mutex1=1; int mutex2=1; main() { PA(); PB(); PC(); }
PA( ) {while(1) { 从磁盘读出一个文件记录； p(empty1); p(mutex1); 将一个文件记录读入缓冲池1； v(mutex1); v(full1); } }
例11：进程A通过一个缓冲区不断地向进 程B、C、D发送信息，A每向缓冲区送入一个信 息后，必须等进程B、C、D都取走后才可以发 送下一个信息，B、C、D对A送入的每一信息各 取一次，试用P、V操作实现它们之间的正确通 讯。
解答：
解答：设置信号量 int Sab=1； /*表示进程B对进程A送入的信 息取了一次*/ int Sac=1； /*表示进程C对进程A送入的信 息取了一次*/ int Sad=1；/*表示进程D对进程A送入的信息 取了一次*/ int Sb=0；/*表示进程A向进程B发送一个信 息*/ int Sc=0；/*表示进程A向进程C发送一个信 息*/ int Sd=0；/*表示进程A向进程D发送一个信 息*/
例8：三个进程PA、PB和PC协作解决文件 打印问题：PA将文件记录从磁盘读入主存的缓 冲区1，每执行一次读一个记录；PB将缓冲区1 的内容读出并读入到缓冲区2，每执行一次读 出并读入一个记录；PC将缓冲区2的内容打印 出来，每执行一次打印一个记录。缓冲区1的 大小和m个记录大小一样，缓冲区2的大小和n 个记录大小一样。请用P、V操作来保证文件的 正确打印。
int int int
waymutex=1; m1mutex=1, m2mutex=1; m1count=0, m2count=0;
Hale Waihona Puke main( ) { cobegin monkeygroup1( ); monkeygroup2( ); coend }
monkeygroup1( ) { while(1) {P(m1mutex); if m1count=0 then P(waymutex); m1count=m1count+1; V(m1mutex) „„ P(m1mutex); m1count=m1count-1; if m1count=0 then V(waymutex); V(m1mutex) } }
解答：设信号量place、apple、 orange 和mutex分别表示盘子里能放水果的数目、盘 子里已放入的苹果数目和盘子里已放入的桔子 的数目和对盘子的互斥访问，其初值分别为m、 0、0和1，其同步与互斥关系描述如下： int place=m; int apple=0; int orange=0; int mutex=1;
main( ) { cobegin PA( ); PB( ); PC( ); Coend }
PA( ) { while(1) { 生产一件产品； P(empty1); 将一件产品放入缓冲池1； V(full1); } }
PB( ) { while(1) { P(full1); 从缓冲池1中取出一件产品； V(empty1); P(empty2); 将一件产品放入缓冲池2； V(full2); } }
例6：考虑过河的例子，用P、V操作设计 一个算法要求该算法能确保若干人从同一岸同 时过河而不死锁。
解答如下： int wait[2]={0,1}; int s=1,mutex[2]={1,1},rc[2]={0,0}; p(s) //与河对面争夺过河权 p(wait[i]) //互斥过桥 p(mutex[i]) rc[i]++ if(rc[i]==1) p(wait[(i+1) mod 2]) //如果是第一个则控 制对方过河权 v(mutex[i])
解法1： （1）因阅览室有100个座位可容纳100个读 者同时阅读，基于这种并行性，因此可为每一 个读者设立一个进程。因为任何读者进出阅览 室都做相同的工作（登记阅读和取消登记）。 所以对于100个读者进程可以共同对应一个程 序。此程序功能是入室时查表登记，入室阅读 和离室时查表取消登记。
（2）设置信号量（S位）来表示空座位个 数，处置为100，用来控制进入阅览室的读者 进程个数不超过100。 设置信号量（S表）来 表示被共享的登记表这一临界资源。处置为1， 用来防止两个以上读者进程同时查表。 每个进程和其他进程之间的同步关系如下：
son() { while(1) { p(apple); p(mutex) take apple; v(mutex); v(place); } }
daughter() { while(1) { p(orange); p(mutex) take orange; v(mutex); v(place); } }
解法2： （1）将读者入室查表登记和离室查表取消 登记各编一个程序，这样每个读者需设两个进 程，分别执行入室和离室程序。 （2）原设信号量S为座位入室进程私有信 号量，增设离室进程私有信号量S人---入室读 者数，初值为0，这时进程间的同步关系如下：
例2.设有一个作业流自动处理系统，其处 理过程是： （1）只要卡片机上有作业，作业输入进程 就把卡片机上的作业信息逐个地输入到后缓存 储器，并建立后备作业队列。 （2）当内存无作业运行时，作业调度进程 从后备作业队列中挑选一个作业，把该作业信 息从后缓存储器调入内存。 （3）作业处理进程负责处理已调入内存的 作业。
本课程内容
• • • • • • • 第一章 绪论 第二章 操作系统用户界面 第三章 进程管理 第四章 处理机调度 第五章 存储管理 第七章 文件系统 第八章 设备管理
例1： 有一个阅览室，读者进入时必须先 在一张登记表上进行登记，该表为每一座位列 一表目，包括座号和读者姓名，读者离开时， 要删掉登记的信息，阅览室共有100个座位， 试问： （1）为描写读者动作，应编写几个程序， 应设置几个进程？进程与程序间关系如何？ （2）试问P、V操作写出这些进程间的同步 算法。
例5.某车站售票厅，任何时刻最多可容纳 20名购票者进入，当售票厅中少于20名购票者 时，则厅外的购票者可立即进入，否则需在外 面等待。若把一个购票者看作一个进程，请回 答下列问题： (1)用PV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)根据所定义的信号量，把应执行的PV 操作填入下述方框中，以保证进程能够正确地 并发执行。
PB( ) {while(1) { p(full1); p(mutex1); 从缓冲区1中读出一个文件记录； v(mutex1); v(empty1); p(empty2); p(mutex2); 将一个记录读入缓冲区2； v(mutex2)； v(full2); } }