进程同步典型例题操作系统.docx
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进程同步典型例题操作系统
进程同步练习题
1.在公共汽车上，司机和售票员的工作流程如图所示。
为保证乘客的安全，司机和售票员应密切配合协调工作。
请用信号量来实现司机与售票员之间的同步。
图司机和售票员工作流程图
1约束：
怎么密切配合协调工作才能保证安全呢？
a）关车门之后再启动车辆；利用前驱图解释
b）到站停车之后再开车门；
2根据约束定义信号量；
关车门和启动车辆需要一个信号量进行同步S1；到站停车和开车门之间需要一个信号量进行同步S2；
3建立几个进程呢？
a）为司机建立一个进程Driver；
b）为售票员建立一个进程Conductor；
Driver：
Repeat
启动车辆；
正常行驶；
到站停车；
Untilfalse;
Conductor：
Repeat
关车门；
售票；
开车门；
Untilfalse;
4加入同步关系：
Vars1,s2:
semorphore=0,0;
Driver：
Repeat
Wait（s1）;
启动车辆；
正常行驶；
到站停车；
Signal（s2）
Untilfalse;
Conductor：
Repeat
关车门；
Signal（s1）;
售票；
Wait（s2）
开车门；
Untilfalse;
main（）
{
Driver（）;
Conductor（）;
}
2.桌子上有一只盘子，盘子中只能放一只水果。
爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放橘子，一个儿子专等吃盘子中的橘子，一个女儿专等吃盘子中的苹果。
用PV操作实现他们之间的同步机制。
分析：
①约束：
a）爸爸和妈妈竞争盘子，往盘子放水果，爸爸在放时，妈妈等待，或者相反；
b）爸爸和女儿要同步，即爸爸放完苹果之后通知女儿来吃；同时女儿吃完之后要通知盘子可用；
c）妈妈和儿子要同步，即妈妈放完橘子之后通知儿子来吃；同时儿子吃完之后要通知盘子可用；
②经上述分析可知：
需要3个信号量：
S1表示临界资源盘子，初值1；爸爸和女儿需要一个信号量进行同步S2=0
妈妈和儿子需要一个信号量进行同步S3=0;
3建立进程？
爸爸：
妈妈：
女儿：
儿子：
Repeatrepeatrepeatrepeat
取一个苹果；取一个橘子；从盘子取一个苹果；从盘子取一个橘子；
放入盘子；放入盘子吃苹果；吃橘子；
Untilfalse;Untilfalse;Untilfalse;Untilfalse;
④加入同步关系。
爸爸：
妈妈：
女儿：
儿子：
Repeatrepeatrepeatrepeat
wait（S2）;wait（S3）;
取一个苹果；取一个橘子；从盘子取一个苹果；从盘子取一个橘子；
Wait（S1）;Wait（S1）;signal（S1）;signal（S1）;
放入盘子；放入盘子吃苹果；吃橘子；
Signal（S2）;Signal（S3）;
Untilfalse;Untilfalse;Untilfalse;Untilfalse;
3.a，b两点之间是一段东西向的单行车道，现要设计一个自动管理系统，管理规则如下：
（1）当ab之间有车辆在行驶时同方向的车可以同时驶入ab段，但另一方向的车必须在ab段外等待；
（2）当ab之间无车辆在行驶时，到达a点（或b点）的车辆可以进入ab段，但不能从a点和b点同时驶入；
（3）当某方向在ab段行驶的车辆驶出了ab段且暂无车辆进入ab段时，应让另一方向等待的车辆进入ab段行驶。
请用信号量为工具，对ab段实现正确管理以保证行驶安全。
分析：
①约束：
a）ab两点的单行车道是一种临界资源；两端的车辆对该资源进行竞争；
b）同步关系：
（1），（3）；
②经上述分析可知：
首先，设置互斥信号量Sab=1，用于a、b点的车辆互斥进入ab段；
然后，分别设置共享变量ab=0用于记录当前ab段上由a点进入的车辆数量；共享变量ba=0用于记录当前ab=段上由b点进入车辆的数量；
最后，设置互斥信号量S1=1用于ab段的车辆互斥访问共享变量ab；设置互斥信号量S2=1用于ba段的车辆互斥访问共享变量ba
③建立进程？
semaphoreS1=1,S2=1,Sab=1;
intab=ba=0;
Pab：
pba：
Repeatrepeat
Wait（S1）Wait（s2）
abcount=abcount+1;bacount=bacount+1;
ifabcount==1thenwait（sab）ifbacount==1thenwait（sab）
signal（S1）signal（s2）
进入车道行驶；进入车道行驶；
Wait（s1）Wait（s2）
abcount=abcount-1;bacount=bacount-1;
ifabcount==0thensignal（sab）ifbacount==0thensignal（sab）
signal（s1）signal（s2）;
untilfalse;untilfalse;
main（）
{
Pab（）;
Pba（）;
}
5．一条河上架设了由若干个桥墩组成的一座桥。
若一个桥墩只能站一个人，过河的人只能沿着桥向前走而不能向后退。
过河时，只要对岸无人过，就可以过。
但不允许河对岸的两个人同时过，以防止出现死锁。
请给出两个方向的人顺利过河的同步算法。
分析：
1约束：
a）桥属于临界资源，两岸的人对该资源进行竞争；
b）桥上的人数是有限制的，设这个桥由N个桥墩构成，桥上同时只能有N个人过桥，其它人要进行等待。
相当于共享资源数。
2设置信号量
信号量s：
互斥使用桥，初值为1
变量count1：
方向1上过河人计数器
变量count2：
方向2上过河人计数器
信号量scount1：
对方向1上过河人计数器count1的互斥使用，初值为1
信号量scount2：
对方向2上过河人计数器count2的互斥使用，初值为1
信号量scount：
代表桥上过河人的计数信号量，初值为桥墩个数N
③建立进程
Semaphores,scount1,scount2,scount;
intcount1,count2;
s=1;scount1=1;scount2=1;scount=N;
count1=0;count2=0;
voiddirect1（inti）
{
wait（scount1）;
count1++;
if（count1==1）
wait（s）;
signal（scount1）;
wait（scount）;
上桥，过桥，下桥；
signal（scount）;
wait（scount1）;
count1--;
if（count1==0）
signal（s）;
signal（scount1）;
}
voiddirect2（inti）
{
wait（scount2）;
count2++;
if（count2==1）
wait（s）;
signal（scount2）;
wait（scount）;
上桥，过桥，下桥；
signal（scount）;
wait（scount2）;
count2--;
if（count2==0）
signal（s）;
signal（scount2）;
}
main（）
{
cobegin{
direct1
（1）;
…
direct1（n）;
direct2
（1）;
…
direct2（m）;
}
}
6．有一个仓库，可以存放A和B两种产品，但要求：
（1）每次只能存入一种产品（A或B）；
（2）-N＜A产品数量－B产品数量＜M。
其中，N和M是正整数。
试用同步算法描述产品A与产品B的入库过程。
分析：
①约束：
a）仓库是一种临界资源，两种产品为之竞争；
b）A产品数量不能比B产品数量多M个以上即A产品数量比B产品数量最多多M-1个；A产品数量不能比B产品数量少N个以上即B产品数量比A产品最多多N-1个。
2设置信号量
设置互斥信号量mutex互斥使用仓库；
设置两个信号量来控制A、B产品的存放数量，
sa表示当前允许A产品比B产品多入库的数量（当前允许A产品入库数量）；
sb表示当前允许B产品比A产品多入库的数量（当前允许B产品入库数量）。
初始时，sa为M一1，sb为N一1。
当往库中存放入一个A产品时，则允许存入B产品的数量也增加1;当往库中存放入一个B产品时，则允许存入A产品的数量也增加1。
③建立进程
semaphoremutex=1，sa=M-1，sb=N-1;
processputa（）
{while
（1）
{取一个产品；
wait（sa）;
wait（mutex）;
将产品入库；
signal（mutex）;
signal（sb）;
}
}
processputb（）
{while
（1）
{取一个产品；
wait（sb）;
wait（mutex）;
将产品入库；
signal（mutex）;
signal（sa）;
}
}
main（）
{cobegin{
puta（）;
putb（）;
}
}
4．将只读数据的进程称为“读者”进程，而写或修改数据的进程称为“写者”进程。
允许多个“读者”同时读数据，但不允许“写者”与其他“读者”或“写者”同时访问数据。
另外，要保证：
一旦有“写者”等待时，新到达的“读者”必须等待，直到该“写者”完成数据访问为止。
试用P、V操作正确实现“读者”与“写者”的同步。
（第二类读者写者问题，信号量解决方法）
分析：
1约束：
a）写者与写者之间需要互斥访问；
b）读者与写者之间需要互斥；（有一个读者在读就让写者等待），因此，此时需要一个计数变量记录读者的数量。
c）允许多个读者同时读数据；
d）一旦有“写者”等待时，新到达的“读者”必须等待，直到该“写者”完成数据访问为止。
2建立进程
Write:
Repeat
执行读操作
Untilfalse;
Read:
Repeat
执行写操作；
Untilfalse;
3设置信号量
a）设置互斥信号量mutex=1实现写者与写者之间的互斥访问；
Write:
Repeat
Wait（mutex）
执行读操作；
Signal（mutex）;
Untilfalse;
b）实现读者与写者之间的互斥，设置整型变量readcount=0记录读者数量，ifreadcount==1thenwait（mutex）
Read：
Repeat
readcount++;
if（readcount==1）wait（mutex）;
执行读操作；
readcount--;
if（readcount==0）signal（mutex）;
untilfalse;
由于readcount是共享变量，所以读者之间要互斥访问，因此设置一个互斥信号量rmutex=1.
Read：
Repeat
Wait（rmutex）
readcount++;
if（readcount==1）wait（mutex）;
signal（rmutex）
执行读操作；
Wait（rmutex）
readcount--;
if（readcount==0）signal（mutex）;
signal（rmutex）
untilfalse;
c）要想实现d）的互斥，需让读者和写者再共享一个互斥信号量s，因此设置互斥信号量s=1，一旦有写者等待时，就wait（s）让读者等待。
Write:
Repeat
wait（wmutex）;
writecount++;
if（writecount==1）wait（s）;
signal（wmutex）;
Wait（mutex）
执行读操作；
Signal（mutex）;
wait（wmutex）;
writecount--;
if（writecount==0）signal（s）;
signal（wmutex）;
Untilfalse;
Read：
Repeat
Wait（s）;
Wait（rmutex）
readcount++;
if（readcount==1）wait（mutex）;
signal（rmutex）
signal（s）;
执行读操作；
Wait（rmutex）
readcount--;
if（readcount==0）signal（mutex）;
signal（rmutex）
untilfalse;
④完整代码
Processreader（）
{while
（1）
{
wait（s）;
wait（rmutex）;
if（readcount==0）wait（mutex）;
readcount++;
signal（rmutex）;
signal（s）;
performreadoperation;
wait（rmutex）;
readcount--;
if（readcount==0）signal（mutex）;
signal（rmutex）;
}
}
Processwriter（）
{while
（1）
{
wait（wmutex）;
writecount++;
if（writecount==1）wait（s）;
signal（wmutex）;
wait（mutex）;
performwriteoperation;
signal（mutex）;
wait（wmutex）;
writecount--;
if（writecount==0）signal（s）;
signal（wmutex）;
}
}
Main（）
{
cobegin
{reader（）;
writer（）;
}
}
1、在公共汽车上，司机和售票员的工作流程如图所示。
为保证乘客的安全，司机和售票员应密切配合协调工作。
请用信号量来实现司机与售票员之间的同步。
图司机和售票员工作流程图
【答案】
设置两个资源信号量：
S1、S2。
S1表示是否允许司机启动汽车，其初值为0；S2表示是否允许售票员开门，其初值为0.
semaphoereS1=S2=0;
voidDriver（）
{
while
（1）
{
wait（S1）;
启动车辆；
正常行车；
到站停车；
signal（S2）;
}
}
voidBusman（）
{
while
（1）
{
关车门；
signal（S1）；
售票；
wait（S2）；
开车门；
}
}
main（）
{
cobegin{
Driver（）;
Busman（）;
}
}
2.桌子上有一只盘子，盘子中只能放一只水果。
爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放橘子，一个儿子专等吃盘子中的橘子，一个女儿专等吃盘子中的苹果。
用PV操作实现他们之间的同步机制。
【答案】
信号量S用来实现盘子的互斥访问，S1表示盘子中苹果个数，S2表示盘子中橘子的个数。
semaphoreS=1,S1=S2=0;
voidfather（）
{
while
（1）
{
准备苹果;
wait（S）;
将苹果放在盘子内；
signal（S1）;
}
}
voidmother（）
{
while
（1）
{
准备橘子;
wait（S）;
将橘子放在盘子内；
signal（S2）;
}
}
voiddaughter（）
{
while
（1）
{
wait（Sl）;
从盘子里拿走苹果；
signal（S）;
吃苹果;
}
}
voidson（）
{
while
（1）
{
wait（S2）;
从盘子里拿走橘子；
signal（S）;
吃橘子;
}
}
main（）
{
cobegin{
father（）;
mother（）;
daughter（）;
son（）;
}
}
3.a，b两点之间是一段东西向的单行车道，现要设计一个自动管理系统，管理规则如下：
（1）当ab之间有车辆在行驶时同方向的车可以同时驶入ab段，但另一方向的车必须在ab段外等待；
（2）当ab之间无车辆在行驶时，到达a点（或b点）的车辆可以进入ab段，但不能从a点和b点同时驶入；
（3）当某方向在ab段行驶的车辆驶出了ab段且暂无车辆进入ab段时，应让另一方向等待的车辆进入ab段行驶。
请用信号量为工具，对ab段实现正确管理以保证行驶安全。
【答案】
此题是读者-写者问题的变形。
设置3个信号量S1、S2和Sab，分别用于从a点进入的车互斥访问共享变量ab（用于记录当前ab段上由a点进入车辆的数量），从b点进入的车互斥访问共享变量ba（用于记录当前ab段上由b点进入车辆的数量）和a、b点的车辆互斥进入ab段。
3个信号量的初值分别为1、1和1，两个共享变量ab和ba的初值分别为0、0。
semaphoreS1=1,S2=1,Sab=1;
intab=ba=0;
voidPab（）
{
while
（1）
{
wait（S1）;
if（ab==0）
wait（Sab）;
ab=ab+1;
signal（S1）;
车辆从a点驶向b点;
wait（S1）;
ab=ab-1;
if（ab==0）
signal（Sab）;
signal（S1）;
}
}
voidPba（）
{
while
（1）
{
wait（S2）;
if（ba==0）
wait（Sab）;
ba=ba+1;
signal（S2）;
车辆从b点驶向a点;
wait（S2）;
ba=ba-1;
if（ba==0）
signal（Sab）;
signal（S2）;
}
}
main（）
{
cobegin{
Pab（）;
Pba（）;
}
}
4.将只读数据的进程称为“读者”进程，而写或修改数据的进程称为“写者”进程。
允许多个“读者”同时读数据，但不允许“写者”与其他“读者”或“写者”同时访问数据。
另外，要保证：
一旦有“写者”等待时，新到达的“读者”必须等待，直到该“写者”完成数据访问为止。
试用P、V操作正确实现“读者”与“写者”的同步。
（第二类读者写者问题，信号量解决方法）
【答案】
为了使写者优先，可在原来的读优先算法的基础上增加一个互斥信号量s，初值为1，使得当至少有一个写者准备访问共享对象时，它可以使后续的读者进程等待；
整型变量writecount，初值为0，用来对写者进行计数；
互斥信号量wmutex，初值为1，用来实现多个写者对writecount进行互斥访问。
Processreader（）
{while
（1）
{
wait（s）;
wait（rmutex）;
if（readcount==0）wait（mutex）;
readcount++;
signal（rmutex）;
signal（s）;
performreadoperation;
wait（rmutex）;
readcount--;
if（readcount==0）signal（mutex）;
signal（rmutex）;
}
}
Processwriter（）
{while
（1）
{
wait（wmutex）;
if（writecount==0）wait（s）;
writecount++;
signal（wmutex）;
wait（mutex）;
performwriteoperation;
signal（mutex）;
wait（wmutex）;
writecount--;
if（writecount==0）signal（s）;
signal（wmutex）;
}
}
Main（）
{
cobegin
{reader（）;
writer（）;
}
}
5.一条河上架设了由若干个桥墩组成的一座桥。
若一个桥墩只能站一个人，过河的人只能沿着桥向前走而不能向后退。
过河时，只要对岸无人过，就可以过。
但不允许河对岸的两个人同时过，以防止出现死锁。
请给出两个方向的人顺利过河的同步算法。
【答案】
信号量s：
互斥使用桥，初值为1
信号量scount1：
对方向1上过河人计数器count1的互斥使用，初值为1
信号量scount2：
对方向2上过河人计数器count2的互斥使用，初值为1
信号量scount：
代表桥上过河人的计数信号量，初值为桥墩个数N
变量count1：
方向1上过河人计数器
变量count2：
方向2上过河人计数器
Semaphores,scount1,scount2,scount;
intcount1,count2;
s=1;scount1=1;scount2=1;scount=N;
count1=0;count2=0;
voiddirect1（inti）
{
wait（scount1）;
if（count1==0）
wait（s）;
count1++;
signal（scount1）;
wait（scount）;
上桥，过桥，下桥；
signal（scount）;
wait（scount1）;
count1--;
if（count1==0）
signal（s）;
signal（scount1）;
}
voiddirect2（inti）
{
wait（scount2）;
if（count2==0）
wait（s）;
count2++;
signal（scount2）;
wait（scount）;
上桥，过桥，下桥；
signal（scount）;
wait（scount2）;
count2--;
if（count2==0）
signal（s）;
signal（scount2）;
}
main（）
{
cobegin{
direct1
（1）;
…
direct1（n）;
direct2
（1）;
…
direct2（m）;
}
}
6、有一个仓库，可以存放A和B两种产品，但要求：
（1）每次只能存入一种产品（A或B）；
（2）-N＜A产品数量－B产品数量＜M。
其中，N和M是正整数。
试用同步算法描述产品A与产品B的入库过程。
【答案】
A产品的数量不能比B产品的数量少N个以上，A产品的数量不能比B产品的数量多M个以上．
设置两个信号量来控制A、B产品的存放数量，sa表示当前允许A产品比B产品多入库的数量（当前允许A产品入库数量），即在当前库存量和B产品
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