操作系统期末复习题

进程同步(P、V操作)

1. 桌上有一空盘，允许存放一只水果。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。

答：爸爸、儿子、女儿共用一个盘子，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。

father()

{

while(1)

{

P(S);

将水果放入盘中;

if（放入的是桔子）V(So);

elseV(Sa);

}

}

son(){

while(1)

{

P(So);

从盘中取出桔子;

V(S);

吃桔子;

｝

}

daughter()

{

while(1)

{

P(Sa);

从盘中取出苹果;

V(S);

 吃苹果;

｝

｝ 

1. PV操作题。一批生产者生产特定结构的产品，并将其放入具有n个缓冲区的环状缓冲池，即若当前使用的是n-1号缓冲区，下一个可用的就是0号缓冲区。生产者一次只能生产并放入一个产品，消费者一次只能取出并消费一个产品，且生产者和消费者、消费者之间、生产者之间均对缓冲池互斥访问。请使用P、V原语实现生产者与消费者之间的协调操作，说明每个信号量的含义、初值和值的范围。

答：在这个问题中，生产者和消费者使用固定的有限数目的n个缓冲区来进行任意数目消息的传递，依据题意设置如下信号量，

semaphore mutex =   1   , // 互斥信号量

semaphore  full = 0, // 可用的满资源信号量

semaphore  empty = n, // 可用的空资源信号量

buffType buffer[n];

生产者进程： 消费者进程：

Producer(){ Consumer( ) {

       bufType *next, *in; bufType *next, *out;

      while(TRUE) { while (TRUE) {

      produceItem(next); P(full)    ;

      P(empty)；              P(mutex);

      P(mutex);                copyBuffer(out, next);

      copyBuffer(next, in);     out=(out+1) mod n;

      in=(in +1) mod n;          V(mutex);    

      V(mutex);              V(empty);    

      V(full);                    consumeItem(next);

   } }

}

1. 有一座东西方向的独木桥，同一方向的行人可连续过桥。当某一方向有行人过桥时，另一方向行人必须等待。桥上没有行人过桥时，任何一端的行人均可上桥。请用P、V操作来实现东西两端人过桥问题。    

答：依据题意设置如下信号量

int countA = 0, countB = 0;

semaphore mutex =  1  , xA = 1, xB = 1;

east_west: west_east:

    Repeat Repeat

        P(xA) P(xB);

        countA++; countB++;

        if (countA==1) P(mutex); if (countB==1) P(mutex);

        V(xA); V(xB);

        //过桥 //过桥

        P(xA); P(xB);

        countA--;  countB--;

        if (countA==0) V(mutex); if (countB==0) V(mutex);

        V(xA); V(xB)

1. 银行提供一个服务窗口和10个供顾客等待的座位。顾客到达银行时，若有空座位，则到取号机上领取一个号，等待叫号。取号机每次仅允许一位顾客使用。当营业员空闲时，通过叫号选取一位顾客，并为其服务

答：依据题意设置如下信号量

semaphore mutex = 1;              //互斥使用取号机的信号量

semaphore empty =   10  ;         //空座位的数量信号量

semaphore full = 0;                //已占座位的数量信号量

semaphore service = 0;             //等待叫号信号量

void customer_i(){ void server(){

    P(empty); while(1){

    P(mutex); P(full)

    //取号 V(serveice)

    V(mutex); //服务

    V(full); }

    P(service); }

    V(empty);

    //获取服务

}

1. 在4x100米接力赛中，4个运动员之间存在如下关系，运动员1跑到终点把接力棒交给运动员2；运动员2一开始处于等待状态，在接到运动员1的棒后才往前跑，跑到终点把接力棒交给运动员3；同理，运动员3跑到终点把接力棒交给运动员4；运动员4跑完最后100米。试用信号量机制进行描述这个过程。

答：根据题意，设P1、P2、P3和P4分别为4个运动员的进程，他们对应的信号量分别为S1、S2、S3和S4，初值为S1= 1 ,S2=S3=S4=0

P1: P2: P3: P4

P(S1) P(S2) P(S3) P(S4)

起跑，前进100米 起跑，前进100米 起跑，前进100米 起跑，前进100米

V(S2) V(S3) V(S4) 到达终点

1. 桌子上有一只盘子，盘子只能放一个水果。爸爸专门向盘子里放香蕉，妈妈专门向盘子放苹果，一个儿子专等吃盘中的香蕉，女儿专等吃盘中的苹果。请用PV操作实现他们之间的同步机制。

解：信号量S1表示盘子临界资源，初值为1；信号量S2和S3分别表示香蕉和苹果的信号量，初值均为0；

爸爸: 妈妈: 儿子: 女儿

Repeat repeat repeat repeat

取一个香蕉 取一个苹果 P(S2） P(S3)

P(S1) P(S1) 从盘中取香蕉 从盘中取苹果

香蕉放进盘子 苹果放进盘子 V(S1) V(S1)

V(S2) V(S3) 吃香蕉 吃苹果

Until false Until false Until false Until false