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1、习题 5 答案 习题习题 5 5.1 何谓与时间有关的错误?举例说明之。 答：并发进程的执行实际上是进程活动的某种交叉，某些交叉次序可能得到错误结 果。由于具体交叉的形成与进程的推进速度有关，而速度是时间的函数，因而将这种错 误称为与时间有关的错误。例子略。 5.2 什么是临界资源？什么是临界区？ 答：一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源；在每个进程中，访问临界资源 的那段程序称为临界区。 5.3 试分析临界区的大小与系统并发性之间的关系。 答：关于同一组变量的临界区是不能并发执行的代码，临界区越大，并发性越差， 因而编写并发程序应尽量缩小临界区域范围。 5.4 为何开关中断进程互斥方法仅
2、在单 CPU 系统中是有效的？ 答：关中断方法不适用于多 CPU 系统，因为关中断只能保证 CPU 不由一个进程切换 到另外一个进程，从而防止多个进程并发地进入公共临界区域。但即使关中断后，不同 进程仍可以在不同 CPU 上并行执行关于同一组共享变量的临界区代码. 5.5 进程的互斥和同步有什么异同点？ 答：进程的同步和互斥是指进程在推进时的相互制约关系。 进程同步源于进程合作，是进程间共同完成一项任务是直接发生相互作用的关系。 是进程之间的直接制约关系。进程互斥源于对临界资源的竞争，是进程之间的间接制约 关系。 5.6 试说明进程互斥、同步和通信三者之间的关系。 答：进程的同步和互斥是指进程
3、在推进时的相互制约关系，已经在上题中给出了详 细的解答。 由于进程间存在制约关系，为了保证进程的正确运行以及相互合作进程间的信息交 换，就需要进程之间进行通信。进程通信是指进程间的信息交换，分为高级通信和低级 通信，高级通信以较高的效率传送大批数据。进程之间的互斥与同步也是一种通信，由 于交换的信息量很小，因此这种进程通信称为低级进程通信。 5.7 同步机构应遵循哪些基本准则? 答：a.空闲让进. b.忙则等待. c.有限等待. d.让权等待. 5.8 试从物理概念上说明信号量 P、V 操作的含义。 答：P(S)表示申请一个资源，S.value0 表示有资源可用,其值为资源的数目； S.val
4、ue=0 表示无资源可用；S.value0, 则|S.value|表示 S 等待队列中的进程个数。 V(S)表示释放一个资源，信号量的初值应该大于等于 0。 5.9 由 V 操作唤醒的进程是否一定能够直接进入运行状态?举例说明之。 答：否。一般来说，唤醒是将进程状态由等待状态变成就绪状态，而就绪进程何时 获得处理机则是由系统的处理机调度策略确定的。如果采用抢占式优先级调度算法，并 且被唤醒的进程是当前系统中优先级最高的进程，那么该进程将被调度执行，其状态变 成运行态。如果该进程不是系统中优先级最高的进程或系统采用其它调度算法，那么该 进程不会被调度执行，其状态将维持在就绪态。 5.10 我们为
5、某临界区设置一把锁 W，当 W=1 时，表示关锁;W=0 时，表示锁打开。试写 出开锁原语和关锁原语，并利用它们去实现互斥。 答：开锁原语: void unlock(W) W=0; 关锁原语: void lock(W) while (W=1) ; W=1; 利用开关锁原语实现互斥: semaphore W=0; main ( ) cobegin Pn ( ) /*并发的进程 P1、P2、Pn */ lock(W); 临界区; unlock(W); 其余部分; coend 5.11 试写出相应的程序来描述图 5.8 所示的前趋图。 答：(a)设 6 个同步信号量f1、f2、f3、f4、f5、f6
6、 分别表示进程S1、S2、S3、S4、S5、S6是 否执行完成，其初值均为 0。这 7 个进程的同步描述如下： 主程序如下: semaphore fl=f2=f3=f4=f5=f6=0； main ( ) cobegin S1(); S2(); S3(); S5 S3 S6S7 S2 S4 S1 S1S3 S2S4S5S6S7 S8（a） （b） 图 5.8 前趋图 S4(); S5(); S6(); S7(); coend 语句形式如下: d S2() 1); void S3() 1); 各个进程的void S1() voi V(f1); V(f1); P(f V(f2); V(f2); P
7、(f V(f3);v4() 2); voi2); v6() 3); void S7() 4); oid S P(f V(f4);d S5() P(f V(f5);oid S P(f V(f6); P(f P(f5); P(f6); )另一种做法： f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8 分别表示进程S2、S3、S4、S5、S6、S7、主 如下: 2() 2); void S3() 3); void S4() 4); (b 设 7 个同步信号量 S8是否可以开始执行，其初值均为 0。 semaphore f2=f3=f4=f5=f6=f7=f8=0； 程序:略（类似 a） 这 8 个进程的语句
8、形式void S1() void S V(f2); V(f3); P(f V(f4); V(f5); P(f V(f6); V(f7); P(f V(f8);void S5() 5); void S6() 6); v7() 7); void S8() 8); P(f V(f8); P(f V(f8);oid S P(f V(f8); P(f P(f8); P(f8); P(f8); 12 在生产者一消费者问题中，如果缺少了 V（full)或 V（empty） ，对执行结果会有可以不断地往缓冲池送消息，如果缓冲池满，会覆盖原有数据，造成数 据混5. 何影响? 答：生产者 乱。而消费者始终因 P(
9、full)操作将消费进程直接送入进程链表进行等待，无法访问缓冲池，造成无限等待。 5.13 在生产者一消费者问题中，如果将两个 P 操作即 P（full）和 P(mutex)互换位置;样的。 5.14什么要引入条件变量? 种，为了区别它们，引 入了 为两个信号灯变量，下列八组 P、V 操作哪些可以同时进行?哪些不能) P(S1)，P(S2) (2) P(S1)，V(S2) 答：能同时进行的及不同信号量，属于关 于不用信号灯与 PV 操作给出解法。 冲区next product; t to bufferin;in); 消费者活动： ); t from bufferout;out); 17 试用信
10、号灯与 PV 操作实现司机与售票员之间的同步问题。 设公共汽车上有一个司； 售票员的活动 P2： 或者是将 V（full）和 V(mutex)互换位置，结果会如何？ 答：a.容易造成死锁。 b从逻辑上来说应该是一画图说明管程由哪几部分组成?为 答：图略。因为调用 wait 原语后，使进程等待的原因有多 条件变量。 5.15 设 S1 和 S2 同时进行?为什么? (1 (3) V(S1)，P(S2) (4) V(S1)，V(S2) (5) P(S1)，P(S1) (6) P(S2)，V(S2) (7) V(S1)，P(S1) (8) V(S2)，V(S2) 包括：(1)、(2)、(3)、(4)
11、。这些操作涉 同组共享变量的临界区。不能同时进行的包括：(5)、(6)、(7)、(8)。这些操作涉 及相同的信号量，属于关于同一组共享变量的临界区。 5.16 对于生产者消费者问题， 假设缓冲区是无界的， 试 答：由于是无界缓冲区，所以生产者不会因得不到缓冲区而被阻塞，不需要对空缓 进行管理，可以去掉在有界缓冲区中用来管理空缓冲区的信号量及其 PV 操作。 Semaphore mutex_in=1; Semaphore mutex_out=1; Semaphore empty=0; int in=0, out=0; 生产者活动： while(1) produce P(mutex_in); Ad
12、d the produc in+; V(mutex_ V(empty); while(1) P(empty); P(mutex_out Take the produc out+; V(mutex_5. 机和一个售票员，其活动如下图所示. 司机的活动 P1： While（1） 启动车辆 正常行车； 到站停车； While（1） 关车门； 售票； 开车门；为了安全起见， 显然要求:(1)关车门后方能启动车辆； (2)到站停车后方能开车门。 答 量 open 表示是否允许售票员开车门。初始状态是车停在始发站，车门开着，等待乘客 上车; 票员的活动 P2: while(1) 5.18 考虑一只有一个理
13、发师，只顾客等待理发的椅子，如果没 有顾客，则理发师睡觉；如果有一顾客进入理发店发现理发师在睡觉，则把他叫醒，Cust觉时顾客进来需要唤醒理发师为 其理客之间; 客数，并用作阻塞理发师进程，初值为 0; 顾客进程，初值为 0; 客数 /为顾客准备的椅子数 tex=1; E); /理完一人,还有顾客吗? (cutomers); /若无顾客,理发师睡眠 个顾客理发 /进程互斥 f (waitingchairs) ：定义两个信号量，一个信号量 start 表示是否允许司机启动车辆，另一个信号。因此，两个信号量的初值都是 0。 semaphore start=0; semaphore open=0;
14、司机的活动 P1: while(1) P(start); 启动车辆 正常行车; 到站停车; V(open); 售 关车门; V(start); 售票; P(open); 开车门;个理发店，有 N 张可供试用信号量设计一个协调理发师和顾客的程序。 答：题目中要求描述理发师和顾客的行为，因此需要两类进程 Barber ()和 omer()分别描述理发师和顾客的行为。当理发师睡 发，当有顾客时理发师为其理发，没有的时候理发师睡觉，因此理发师和顾 是同步的关系，由于每次理发师只能为一个人理发，且可供等侯的椅子有限只有 n 个， 即理发师和椅子是临界资源，所以顾客之间是互斥的关系。 引入 3 个信号量和
15、一个控制变量： 1)控制变量 waiting 记录等候理发的顾客数，初值均为 0 2)信号量 customers 记录等候理发的顾 3)信号量 barbers 记录正在等候顾客的理发师数，并用作阻塞 4)信号量 mutex 用于互斥，初值为 1. PV 操作代码如下: int waiting=0； /等候理发的顾int chairs=n； semaphore customers=0, barbers=0,mubarber() while(TRUPP(mutex); /进程互斥 waiting = waiting-1; /等候顾客数少一个 V(barbers); /理发师去为一V(mutex); /开放临界区 cut-hair
