经典的进程同步问题

提示:如果不具备进程同步的相关基础知识可以看我的博客。

经典的进程同步问题

  • 一、PV 操作题目分析步骤
  • 二、生产者消费者问题
    • 1.利用记录型信号量解决生产者消费者问题
      • (1)单生产者-单消费者问题
        • 例题1
      • (2)多生产者-多消费者
        • 问题一
        • 问题二
    • 2.利用 AND 信号量解决生产者-消费者问题


一、PV 操作题目分析步骤

  • 1. 关系分析: 找出题目中描述的各个进程,分析它们之间的同步、互斥关系。
  • 2. 整理思路: 根据各进程的操作流程确定P、V操作的大致顺序。
  • 3. 设置信号量: 设置需要的信号量,并根据题目条件确定信号量初值。互斥信号量初值一般为1,同步信号量的初始值要看对应资源的初始值是多少。

二、生产者消费者问题

1.利用记录型信号量解决生产者消费者问题

(1)单生产者-单消费者问题

  • 假定在生产者和消费者之间的公用缓冲池中具有n个缓冲区,可利用互斥信号量mutex实现诸进程对缓冲池的互斥使用。
  • 利用资源信号量empty表示缓冲池中空缓冲区的数量。
  • 利用资源信号量full表示缓冲池中满缓冲区的数量。
  • 又假定只要缓冲池未满,生产者便可将消息送入缓冲池;只要缓冲池未空,消费者便可从缓冲池中取走一个消息。
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  • 生产者-消费者的互斥和同步分析:
    • 互斥:缓冲区是临界资源,各进程必须互斥地访问。
    • 消费者“空则等待” :缓冲区空时,没有产品,消费者要等待生产者放入产品。
    • 生产者“满则等待” :缓冲区满时,生产者要等待消费者取走产品。
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  • 生产者消费者问题是一个互斥、同步的综合问题。
    1. 对于初学者来说,最难的是发现题目中隐含的两对同步关系。
    2. 有时候是消费者需要等待生产者生产,有时候是生产者要等待消费者消费,这是两个不同的“一前一后问题”,因此需要设置两个同步信号量。
例题1
  • 设有一缓冲池P,其中含有20个缓冲区,一个输入进程将外部数据读入P中,另有一个输出进程将P中的数据取出并输出。若进程每次操作均以一个缓冲区为单位,试用记录型型号量写出两个进程的同步算法,要求写出信号量的初值及信号量各种取值的含义。
    经典的进程同步问题_第4张图片

(2)多生产者-多消费者

问题一
  • 桌子上有一只盘子,最多可以放入N (N>0) 个水果。
  • 爸爸随机向盘中放入苹果或桔子。儿子只吃盘中的桔子,女儿只吃盘中的苹果。
  • 只有盘子中水果数目小于N时,爸爸才可以向盘子中放水果 (满则等待,空则填充)
  • 仅当盘子中有自己需要的水果时,儿子或女儿才可以从盘子中取出相应的水果 (空则等待,有则获取)
  • 每次只能放入或取出一个水果,且不允许多人同时使用盘子。
  • 信号量机制实现爸爸、儿子和女儿之间的同步与互斥活动,并说明所定义信号量的含义。要求用伪代描述。
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问题二
  • 桌子上有一只盘子,爸爸负责向盘中放苹果,妈妈负责向盘中放桔子。
  • 儿子只吃盘中的桔子,女儿只吃盘中的苹果。
  • 只有盘子为空时,爸爸或妈妈才可以向盘子中放入一个水果。
  • 仅当盘子中有自己需要的水果时,儿子或女儿才可以从盘子中取出相应的水果。
  • 请用信号量机制实现爸爸、妈妈、儿子和女儿之间的同步与互斥活动,并说明所定义信号量的含义。要求用伪代码描述。
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    经典的进程同步问题_第9张图片
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2.利用 AND 信号量解决生产者-消费者问题

  • 对于生产者-消费者问题,也可利用 AND 信号量来解决,即用 Swait(empty,mutex) 来代替wait(empty) 和 wait(mutex),用 Ssignal(mutex,full) 来代替 signal(mutex) 和 signal(full),用 Swait(full,mutex) 来代替 wait(full) 和 wait(mutex),以及用 Ssignal(mutex,empty) 来代替 signal(mutex) 和 signal(empty)。利用 AND 信号量来解决生产者-消费者问题的算法中的生产者和消费者可描述如下:
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    经典的进程同步问题_第12张图片

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