操作系统习题07546.docx

1、操作系统习题07546六、两个进程合作完成一个任务。在并发执行中，一个进程要等待其合作伙伴发来消 息，或者建立某个条件后再向前执行，这种制约性合作关系被称为进程的。 A.同步 B互斥 C. 调度 D执行 答：A 七、为了进行进程协调，进程之间应当具有一定的联系，这种联系通常采用进程间交换数据的方式进行，这种方式称为。 A.进程互斥 B进程同步 C进程制约 D进程通信 答：D 八、在测量控制系统中，数据采集任务把所采集的数据送入一单缓冲区;计算任务从该单缓冲区中取出数据进行计算。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。P33 分析及相关知识 在本题中采集任务与计算任务共用一个单缓冲区

2、当采集 任务采集到一个数据后，只有当缓冲区为空时才能将数据送入缓冲区中存放，否则应等待缓冲区腾空;当缓冲区中有数据时，计算任务才能从缓冲区中取出数据进行计算，否则也应等待。 本题实际上是一个生产者消费者问题。将生产者消费者问题抽象出来，以另外 一种形式描述是一种常见的试题形式只要对生产者消费者问题有了深入的理 解，就不难解决此类试题。 解;在本题中，应设置两个信号量Sf,Se，信号量Sf表示缓冲区中是否有可供打印的计算结果，其初值为0;信号量Se用于表示缓冲区有无空位置存放新的信息，其初值为1。 本题的同步描述如下： int Se=l; int Sf=0; main() cobegin get

3、(); compute(); coend get() while (采集工作未完成) 采集一个数据： p(Se); 将数据送入缓冲区中; v(Sf); compute() while(计算工作未完成) p(Sf); 从缓冲区中取出数据; v(Se); 进行数据计算; 九、图27给出了四个进程合作完成某一任务的前趋图，试说明这四个进程间的同步关系，并用P、V操作描述它。P35 图27 四个合作进程的前趋图 解：图27说明任务启动后S1先执行。当S1结束后，S2、S3可以开始执行。S2、S3 完成后，S4才能开始执行。为了确保这一执行顺序，设三个同步信号量b2、b3、b4分别 表示进程S2、S3、

4、S4是否可以开始执行，其初值均为0。这四个进程的同步描述如下： int b2=0; /*表示进程S2是否可以开始执行* int b3=0; /*表示进程S3是否可以开始执行* int b4=0; /*表示进程S4是否可以开始执行* main() cobegin S1 ( ); S2 ( ); S3 ( ); S4 ( ); coend S1 ( ) v(b2); v(b3); S2 ( ) p(b2); v(b4); S3 ( ) p(b3)： v(b4); S4 ( ) p(b4); p(b4); /*因在S2及S3完成时均对b4做了v操作，因此这里要用两个p操作* 十、桌上有一空盘，允许存

5、放一只水果。爸爸可向盘中放苹果，也可向盘中放桔子，儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘空时一次只能放一只水果供吃者取用，请用P、V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。P37 分析及相关知识 在本题中，爸爸、儿子、女儿共用一个盘子，且盘中一次只能放一个水果当盘子为空时，爸爸可将一个水果放入果盘中。若放入果盘中的是桔子，则允许儿子吃，女儿必须等待;若放入果盘中的是苹果，则允许女儿吃，儿子必须等待。本题实际上是生产者消费者问题的一种变形。这里，生产者放入缓冲区的产品有两类，消费者也有两类，每类消费者只消费其中固定的一类产品。 解：在本题中，应设置三个信号量S、So、Sa，信号

6、量S表示盘子是否为空，其初值 为1;信号量So表示盘中是否有桔子，其初值为0;信号量Sa表示盘中是否有苹果，其初 值为0。同步描述如下： int S=1; int Sa=O： int So=O： main( ) cobegin father(); son(); daughter()： coend father() while (1) p(S); 将水果放入盘中; if(放入的是桔子) v(So)： else v(Sa); ) son( ) while(1) p(So); 从盘中取出桔子; v(S); 吃桔子; daushter() while(1) p(Sa); 从盘中取出苹果; v(S)：

7、吃苹果; PV原语操作详解 PV原语通过操作信号量来处理进程间的同步与互斥的问题。其核心就是一段不可分割不可中断的程序。 信号量的概念1965年由著名的荷兰计算机科学家Dijkstra提出，其基本思路是用一种新的变量类型(semaphore)来记录当前可用资源的数量。 semaphore有两种实现方式： 1) semaphore的取值必须大于或等于0。0表示当前已没有空闲资源，而正数表示当前空闲资源的数量； 2) semaphore的取值可正可负，负数的绝对值表示正在等待进入临界区的进程个数。 信号量是由操作系统来维护的，用户进程只能通过初始化和两个标准原语(P、V原语)来访问。初始化可指定一

8、个非负整数，即空闲资源总数。 P原语：P是荷兰语Proberen(测试)的首字母。为阻塞原语，负责把当前进程由运行状态转换为阻塞状态，直到另外一个进程唤醒它。操作为：申请一个空闲资源(把信号量减1)，若成功，则退出；若失败，则该进程被阻塞； V原语：V是荷兰语Verhogen(增加)的首字母。为唤醒原语，负责把一个被阻塞的进程唤醒，它有一个参数表，存放着等待被唤醒的进程信息。操作为：释放一个被占用的资源(把信号量加1)，如果发现有被阻塞的进程，则选择一个唤醒之。 P原语操作的动作是： (1)sem减1； (2)若sem减1后仍大于或等于零，则进程继续执行； (3)若sem减1后小于零，则该进程

9、被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转进程调度。 V原语操作的动作是： (1)sem加1； (2)若相加结果大于零，则进程继续执行； (3)若相加结果小于或等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程，然后再返回原进程继续执行或转进程调度。 PV操作对于每一个进程来说，都只能进行一次，而且必须成对使用。在PV原语执行期间不允许有中断的发生。 - 具体PV原语对信号量的操作可以分为三种情况： 1) 把信号量视为一个加锁标志位，实现对一个共享变量的互斥访问。 实现过程： P(mutex); / mutex的初始值为1 访问该共享数据; V(mutex); 非临界区; 2) 把信号量视为是某种类

10、型的共享资源的剩余个数，实现对一类共享资源的访问。 实现过程： P(resource); / resource的初始值为该资源的个数N 使用该资源； V(resource); 非临界区; 3) 把信号量作为进程间的同步工具 实现过程： 临界区C1; P(S); V(S); 临界区C2; - 举例说明： 例1：某超市门口为顾客准备了100辆手推车，每位顾客在进去买东西时取一辆推车，在买完东西结完帐以后再把推车还回去。试用P、V操作正确实现顾客进程的同步互斥关系。 分析：把手推车视为某种资源，每个顾客为一个要互斥访问该资源的进程。因此这个例子为PV原语的第二种应用类型。 解： semaphoreS

11、_CartNum;/ 空闲的手推车数量，初值为100 void consumer(void)/ 顾客进程 P(S_CartNum); 买东西; 结帐; V(S_CartNum); 例2：桌子上有一个水果盘，每一次可以往里面放入一个水果。爸爸专向盘子中放苹果，儿子专等吃盘子中的苹果。把爸爸、儿子看作二个进程，试用P、V操作使这两个进程能正确地并发执行。 分析：爸爸和儿子两个进程相互制约，爸爸进程执行完即往盘中放入苹果后，儿子进程才能执行即吃苹果。因此该问题为进程间的同步问题。 解： semaphore S_PlateNum; / 盘子容量，初值为1 semaphore S_AppleNum;/

12、苹果数量，初值为0 void father( )/ 父亲进程 while(1) P(S_PlateNum); 往盘子中放入一个苹果; V(S_AppleNum); void son( )/ 儿子进程 while(1) P(S_AppleNum); 从盘中取出苹果; V(S_PlateNum); 吃苹果； - 另附用PV原语解决进程同步与互斥问题的例子: 例3：两个进程PA、PB通过两个FIFO(先进先出)缓冲区队列连接(如图) PA从Q2取消息，处理后往Q1发消息；PB从Q1取消息，处理后往Q2发消息，每个缓冲区长度等于传送消息长度。 Q1队列长度为n，Q2队列长度为m. 假设开始时Q1中装满

13、了消息，试用P、V操作解决上述进程间通讯问题。 解： / Q1队列当中的空闲缓冲区个数，初值为0semaphore S_BuffNum_Q1; / Q2队列当中的空闲缓冲区个数，初值为msemaphore S_BuffNum_Q2; / Q1队列当中的消息数量，初值为nsemaphore S_MessageNum_Q1; / Q2队列当中的消息数量，初值为0semaphore S_MessageNum_Q2; voidPA( ) while(1) P(S_MessageNum_Q2); 从Q2当中取出一条消息; V(S_BuffNum_Q2); 处理消息; 生成新的消息; P(S_BuffNu

14、m_Q1); 把该消息发送到Q1当中; V(S_MessageNum_Q1); voidPB( ) while(1) P(S_MessageNum_Q1); 从Q1当中取出一条消息; V(S_BuffNum_Q1); 处理消息; 生成新的消息; P(S_BuffNum_Q2); 把该消息发送到Q2当中; V(S_MessageNum_Q2); 例4：操作系统课程的期末考试即将举行，假设把学生和监考老师都看作进程，学生有N人，教师1人。考场门口每次只能进出一个人，进考场的原则是先来先进。当N个学生都进入了考场后，教师才能发卷子。学生交卷后即可离开考场，而教师要等收上来全部卷子并封装卷子后才能离开

15、考场。 (1)问共需设置几个进程? (2)请用P、V操作解决上述问题中的同步和互斥关系。 解： semaphore S_Door;/ 能否进出门，初值1 semaphore S_StudentReady;/ 学生是否到齐，初值为0 semaphore S_ExamBegin;/ 开始考试，初值为0 semaphore S_ExamOver;/ 考试结束，初值为0 intnStudentNum = 0;/ 学生数目 semaphore S_Mutex1;/互斥信号量，初值为1 int nPaperNum = 0;/ 已交的卷子数目 semaphore S_Mutex2;/互斥信号量，初值为1 v

16、oid student( ) P(S_Door); 进门; V(S_Door); P(S_Mutex1)； nStudentNum +;/ 增加学生的个数 if(nStudentNum = N) V(S_StudentReady); V(S_Mutex1); P(S_ExamBegin);/ 等老师宣布考试开始 考试中 交卷; P(S_Mutex2); nPaperNum +;/ 增加试卷的份数 if(nPaperNum = N) V(S_ExamOver); V(S_Mutex2); P(S_Door); 出门; V(S_Door); void teacher( ) P(S_Door); 进

17、门; V(S_Door); P(S_StudentReady);/等待最后一个学生来唤醒 发卷子; for(i = 1; i = N; i+) V(S_ExamBegin); P(S_ExamOver);/等待考试结束 封装试卷; P(S_Door); 出门; V(S_Door); 例 5：某商店有两种食品A和B，最大数量均为m个。 该商店将A、B两种食品搭配出售，每次各取一个。为避免食品变质，遵循先到食品先出售的原则。有两个食品公司分别不断地供应A、B两种食品(每次一个)。为保证正常销售，当某种食品的数量比另一种的数量超过k(k 0) / 优先唤醒女生 girls_waiting -; V(

18、S_girls); else if(boys_waiting 0) boys_waiting -; V(S_ boys); else using = 0;/ 无人在等待 V(S_mutex); void girl_wants_to_use_bathroom ( ) P(S_mutex); if(using = 0) using = 1; V(S_mutex); else girls_waiting +; V(S_mutex); P(S_girls); void girl_leaves_bathroom ( ) P(S_mutex); if(girls_waiting 0) / 优先唤醒女生 girls_waiting -; V(S_girls); else if(boys_waiting 0)