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2016
某系统允许最多10个进程同时读文件F#xff0c;当同时读文件F的进程不满10个时#xff0c;欲读该文件的其他文件可立即读#xff0c;当已有10个进程在读文件F时读#xff0c;其他欲读文件F的进程必须等待#xff0c;直至有进程读完后退出方可去读
在实现管…PV操作
2016
某系统允许最多10个进程同时读文件F当同时读文件F的进程不满10个时欲读该文件的其他文件可立即读当已有10个进程在读文件F时读其他欲读文件F的进程必须等待直至有进程读完后退出方可去读
在实现管理时应采用同步方式还是互斥方式写出用PV操作实现管理时应定义的信号量及其初值写出进程并发执行时的程序 互斥定义一个信号量S初值S10
semaphore S 10;
process reader iP(S);read file F;V(S);2015
什么是前趋图用前趋图绘出下列程序段的前趋关系 S1 a x y S2 b z 3 S3 c a b S4 s c a 前趋图是一个有向无环图用于描述进程之间执行的前后关系
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在一个仓库中可以存放A和B两种产品要求
每次只能存入一种产品。A产品数量-B产品数量M其中M是正整数。B产品数量-A产品数量N其中N是正整数。 假设仓库的容量是无限的试用PV操作描述产品A和B的入库过程。 使用信号量mutex控制两个进程互斥访问临界资源仓库 使用同步信号量Sa和Sb分别表示产品A与B的还可容纳的数量差以及产品B与A的还可容纳的数量差
semaphore Sa M - 1, Sb N - 1;
semaphore mutex 1;process_A()
{while (1){P(Sa);P(mutex);A产品进入仓库;V(mutex);V(Sb);}
}process_B()
{while (1){P(Sb);P(mutex);B产品进入仓库;V(mutex);V(Sa);}
}5
某寺庙有小和尚、老和尚若干有一水缸由小和尚提水入缸供老和尚饮用。 水缸可容10桶水水取自同一井中。水井径窄每次只能容一个桶取水。水桶总数为3个。每次入缸取水仅为1桶水且不可同时进行。试给出有关从缸取水、入水的算法描述。 从井中取水并放入水缸是一个连续的动作可视为一个进程 从缸中取水可视为另一个进程 设水缸与水井为临界资源引入well和vat 三个水桶无论是从井中取水还是将水倒入水缸都是一次一个给一个信号量pail抢不到水桶的进程只好等待 水缸满时不可以再放水设置empty信号量来控制入水量 水缸空时不可以取水设置full信号量来控制
sempaphore well 1; // 用于互斥地访问水井
sempaphore vat 1; // 用于互斥地访问水缸
sempaphore empty 10; // 用于表示水缸中剩余空间能容纳的水的桶数
sempaphore full 0; // 表示水缸中的水的桶数
sempaphore pail 3 // 表示有多少个水桶可以用初值为3// 从水缸中打水
while (1)
{P(full);P(pail);P(vat);从水缸中打一桶水;V(vat);V(empty);喝水;V(pail);
}// 从井中打水
while (1)
{P(empty);P(pail);P(well);从井中打一桶水;V(well);P(vat);将水倒入水缸中;V(vat);V(full);V(pail);
}6
如下图所示三个合作进程P1P2P3它们都需要通过同一设备输入各自的数据abc 该输入设备必须互斥地使用而且其第一个数据必须由P1进程读取第二个数据必须由P2进程读取第三个数据必须由P3进程读取。
然后三个进程分别对输入数据进行下列计算 P1x a b; P2y a x b; P3z y c - a; 最后P1进程通过所连接的打印机将计算结果xyZ的值打印出来。 请用信号量实现它们的同步。 为了控制三个进程依次使用输入设备进行输入需要分别设置三个信号量S1S2S3其中S1的初值为1S2和S3的初值为0 使用上述信号量后三个进程不会同时使用输入设备因此不必再为输入设备设置互斥信号量 还需要设置信号量SbSySz来表示数据b是否已经输入以及yz是否已计算完成它们的初值均为0 P1 S1初始为1P(S1)申请S1S1– S2初始为0V(S2)释放S2S2 计算x要用到b申请SbP(Sb)Sb– 要打印xyz要申请Sy和SzP(Sy),P(Sz) P2 S2为1P(S2)申请S2S2– S3初始为0释放S3S3 Sb初始为0当b输入完成后V(Sb)Sb1 Sy初始为0当计算完y后V(Sy)释放一个ySy1 P3 输入数据c要用输入设备申请S3P(S3) 计算要使用y所以要P(Sy)申请y Sz初始为0当计算完z后V(Sz)释放一个zSz1
P1()
{P(S1);从输入设备输入数据a;V(S2);P(Sb);x a b;P(Sy);P(Sz);使用打印机打印出x,y,z的结果;
}P2()
{P(S2);从输入设备输入数据b;V(S3);V(Sb);y a b;V(Sy);
}P(3)
{P(S3);从输入设备输入数据c;P(Sy);z y c - a;V(Sz);
}7
有桥如下图所示。车流方向如箭头所示。回答如下问题
假设桥上每次只能有一辆车行驶试用信号灯的PV操作实现交通管理。假设桥上不允许两车交会但允许同方向多辆车一次通过桥上可有多辆同方向行驶的车。试用信号灯的PV操作实现桥上的交通管理。 桥上每次只能有一辆车通过所以只要设置一个互斥信号量bridge就可以判断桥是否使用 若在使用中等到若无人使用则执行P操作进入出桥后执行V操作
semaphore bridge 1;
NtoS()
{P(bridge);通过桥;V(bridge);
}StoN()
{P(bridge);通过桥;V(bridge);
}桥上可以同方向多车行驶需要设置bridge还需要对同方向车辆计数 为了防止同方向计数中同时申请bridge造成同方向不可同时行车的问题需要对计数过程加以保护因此设计信号量mutexSN和mutexNS
计数器 countSN记录当前正在从南到北过桥的汽车数量。countNS记录当前正在从北到南过桥的汽车数量。 信号量 mutexSN用于对 countSN 的访问提供互斥保护。mutexNS用于对 countNS 的访问提供互斥保护。bridge控制桥的访问保证同一时刻只有一个方向的车可以通过桥。 函数 P(semaphore)信号量的减操作等待信号量。V(semaphore)信号量的加操作释放信号量。
从南到北
进入临界区 调用 P(mutexSN) 获取对 countSN 的独占访问权限。检查 countSN 是否为 0 如果是 0说明桥上没有从南到北方向的车。调用 P(bridge) 占用桥防止其他方向的车进入。 将 countSN 增加 1。释放 mutexSN其他南向车辆可以检查 countSN。 过桥 模拟车辆过桥的操作。 离开桥 再次调用 P(mutexSN) 进入临界区减少 countSN 的值。检查 countSN 是否为 0 如果是 0说明当前方向的车辆已经全部过桥释放桥的控制权V(bridge)。 释放 mutexSN。
信号量保护 mutexSN 和 mutexNS 确保对计数器的访问是线程安全的。bridge 确保同一时刻只有一个方向的车辆可以通过桥。 连续性 当桥上有一个方向的车辆在通行时同方向的其他车辆可以加入不需要等待桥的重新分配。 方向切换 当某一方向的最后一辆车离开桥后countSN 或 countNS 变为 0桥释放调用 V(bridge)另一方向的车可以进入桥。
int countSN 0; // 用于表示从南到北的汽车数量
int countNS 0; // 用于表示从北到南的汽车数量
semaphore mutexSN 1; // 用于保护 countSN
semaphore mutexNS 1; // 用于保护 countNS
semaphore bridge 1; // 用于互斥地访问桥StoN()
{P(mutexSN)if (countSN 0)P(bridge);countSN;V(mutexSN);过桥;P(mutexSN);countSN--;if (countSN 0)V(bridge);V(mutexSN);
}NtoS()
{P(mutexNS)if (countNS 0)P(bridge);countNS;V(mutexNS);过桥;P(mutexNS);countNS--;if (countNS 0)V(bridge);V(mutexNS);
}9
设自行车生产线上有一个箱子其中有N个位置N≥3每个位置可存放一个车架或一个车轮又设有3名工人其活动分别为 工人1活动
do
{加工一个车架;车架放入箱中;
}while(1)工人2活动
do
{加工一个车轮;车轮放入箱中;
}while(1)工人3活动
do
{箱中取一个车架;箱中取二个车轮;组装为一台车;
}while(1)试分别用信号量与PV操作实现三名工人的合作要求解中不含死锁。 首先不考虑死锁的问题1和32和3构成生产者消费者关系这两对关系通过共同的缓冲区相联系 箱子中的空位置相当于1和2的资源车架和车轮相当于3的资源 为防止死锁的产生箱子中车架的数量不可超过N-2车轮的数量不可超过N-1
semaphore empty N; //空位置
semaphore wheel 0; //车轮
semaphore frame 0; //车架
semaphore s1 N - 2; //车架最大数
semaphore s2 N - 1; //车轮最大数工人1
do
{加工一个车架;P(S1);P(empty);车架放入箱子;V(frame);
}while (1);工人2
do
{加工一个车轮;P(S2);P(empty);车轮放入箱子;V(wheel);
}while (1);工人3
do
{P(frame);取一个车架;V(empty);V(S1);P(wheel);P(wheel);取两个车轮;V(empty);V(empty);V(S2);V(S2);组装;
}while (1);10
设PQR共享一个缓冲区PQ构成一对生产者-消费者R既为生产者又为消费者若缓冲区为空则可以写入若缓冲区不空则可以读出。 使用PV操作实现其同步。 设三个信号量fullemptymutex full和empty用来控制缓冲区状态mutex用来互斥进入 R既为消费者又是生产者因此必须在执行前判断状态若empty 1则执行生产者功能若full 1执行消费者功能
semaphore full 0;
semaphore empty 1;
semaphore mutex 1;process P()
{while (true){P(empty);P(mutex);Product One;v(mutex);V(full);}
}process Q()
{while (true){P(full);P(mutex);Consume One;v(mutex);V(empty);}
}process R()
{if (empty 1){P(empty);P(mutex);Product One;v(mutex);V(full); }if (full 1){P(full);P(mutex);Consume One;v(mutex);V(empty);}
}12
假设一个录像厅有123三种不同的录像片可由观众选择放映录像厅的放映规则如下
任意时刻最多只能放映一种录像片正在放映的录像片是自动循环放映的最后一名观众主动离开时结束当前录像片的放映。选择当前正在放映的录像片的观众可立即进入允许同时有多位选择同一种录像片的观众同时观看同时观看的观众数量不受限制。等待观看其他录像片的观众按到达顺序排队当一种新的录像片开始放映时所有等待观看该录像片的观众可依次序进入录像厅同时观看。 用一个进程代表一个观众 要求用信号量方法PV操作实现并给出信号量定义和初始值。 电影院一次只能放映一部影片希望观看另外两部的用户只能等待 分别为三个影片设置三个信号量s0s1s2初值分别为111 电影院一次只能放一部影片需要互斥使用 由于观看影片的观众有多个必须分别设置三个计数器统计观众个数 计数器是共享变量需要互斥使用
共享资源控制信号量s s 是一个二元信号量控制资源访问权限。任意一个组的进程在访问共享资源前必须获得 s而当所有该组进程退出资源时才释放 s。 组内进程同步信号量s0, s1, s2 每个组的进程都有一个独立的信号量如 s0, s1, s2用于保护对组内计数器 count0, count1, count2 的操作防止多个进程同时修改这些计数器导致竞态条件。 计数器count0, count1, count2 每组都有一个计数器用于记录当前正在访问共享资源的该组进程数目。第一个进入共享资源的进程会锁定资源最后一个退出资源的进程会解锁资源。
程序运行流程
process 1()
进入资源时 获取组信号量 s0修改组计数器 count0。如果是第一个进入资源的进程count0 1锁定共享资源信号量 s。释放组信号量 s0允许其他进程修改组计数器。进入资源看影片。 退出资源时 获取组信号量 s0修改组计数器 count0。如果是最后一个退出资源的进程count0 0释放共享资源信号量 s。释放组信号量 s0。
核心功能
互斥访问 每个组的进程在访问共享资源时确保独占。使用 s 信号量控制资源访问防止不同组的进程同时访问资源。 组内进程同步 同组的进程可以同时访问资源。使用 s0, s1, s2 信号量保护对计数器的访问防止竞态条件。
semaphore s 1, s0 1, s1 1, s2 1;
int count0 0, count1 0, count2 0;process 1()
{P(s0);count0 count0 1;if (count0 1)P(s);V(s0);看影片;P(s0);count0 count0 - 1;if (count0 0)V(s);V(s0);
}process 2()
{P(s1);count1 count1 1;if (count1 1)P(s);V(s1);看影片;P(s1);count1 count1 - 1;if (count1 0)V(s);V(s1);
}process 1()
{P(s2);count2 count2 1;if (count2 1)P(s);V(s2);看影片;P(s2);count2 count2 - 1;if (count2 0)V(s);V(s2);
}13
设公共汽车上驾驶员和售票员的活动分别如下图所示。
驾驶员的活动启动车辆正常行车到站停车 售票员的活动关车门售票开车门。 在汽车不断地到站、停车、行驶的过程中这两个活动有什么同步关系 用信号量和PV操作实现它们的同步。 汽车行驶过程中驾驶员活动与售票员活动之间的同步关系为 售票员关门后向驾驶员发开车信号驾驶员接到开车信号后启动车辆在汽车行驶过程中售票员售票到站时驾驶员停车售票员在车停后开门让乘客下车 驾驶员启动车辆的动作必须与售票员关车门的动作同步 售票员开门的动作必须与驾驶员停车同步 应设置两个信号量S1S2 S1表示是否允许驾驶员启动汽车初值为0 S2表示是否允许售票员开门初值为0
主要信号量分析
S1 信号量 初值为 0表示通知司机开始开车。售票员在关车门后通过 V(S1) 通知司机开车。司机通过 P(S1) 等待售票员的通知。 S2 信号量 初值为 0表示通知售票员可以开车门和上下乘客。司机在停车后通过 V(S2) 通知售票员。售票员通过 P(S2) 等待司机的通知。
程序的同步机制
售票员和司机同步 售票员调用 V(S1) 后司机通过 P(S1) 接收到通知开始驾驶。司机调用 V(S2) 后售票员通过 P(S2) 接收到通知开车门并上下乘客。 过程的互斥和顺序控制 售票员不能在司机开车前打开车门需要等待司机通知。司机不能在售票员关车门之前开始驾驶需要等待售票员通知。
semaphore S1 0, S2 0;process driver()
{while (1){P(S1);Start;Driving;Stop;V(S2);}
}process Conductor()
{while (1){关车门;V(S1);售票;P(S2);开车门;上下乘客;}
}售票员关车门并通知司机准备开车。司机开车、驾驶、停车并通知售票员完成驾驶。售票员开车门进行上下乘客的操作。
