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1、进程同步与互斥例题进程互斥进程互斥： 并发进程之间相互竞争临界资源的排他性关系 。 解题步骤： n 确定临界资源及个数； n 确定进程的关键工作步（使用临界资源的）； n 确定信号量的初值(临界资源的个数)； n 写出伪代码。 使用P(wait)操作和V(signal)操作对进程互斥进 行控制。例1：过独木桥。进程的互斥P1 P2 由西向东过独木桥； 由东向西过独木桥 ； P1P2分析：进程P1、P2因竞争独木桥这个资源而成为互斥关系 。 设：信号量m表示独木桥资源，初值为1表示资源可用。int m=1;cobeginp1() / p2()coend进程的互斥p1()p1() P(mP(m)
2、) ；通过独木桥；通过独木桥；V(mV(m) ) ； p2()p2() P(mP(m) ) ；通过独木桥；通过独木桥；V(mV(m) )； 练习：过十字路口（单道）。进程的互斥P1 P2 P3 P4 通过路口； 通过路口； 通过路口； 通过路口； P2P3P4P1分析：进程P1、P2、P3、P4因竞争十字路口这个资源而 成为互斥关系。 设：信号量m表示十字路口资源，初值为1表示资源可用。int m=1;cobeginp1() / p2() /p3() / p4()coend进程的互斥p1()p1() P(mP(m) ) ；通过路口；通过路口；V(mV(m) ) ； p2()p2() P(mP(
3、m) ) ；通过路口；通过路口；V(mV(m) )； p3()p3() P(mP(m) ) ；通过路口；通过路口；V(mV(m) ) ； p4()p4() P(mP(m) ) ；通过路口；通过路口；V(mV(m) )； 有一个阅览室，共有100个座位。读者进入阅览 室时必须在入口处进行登记；离开阅览室时必 须进行注销。试用PV操作描述读者进入/离开阅 览室的同步与互斥关系。Reader进程 登记 进入阅览室 读书 离开阅览室 注销 进程的互斥 分析： 在入口和出口处读者应该互斥进行登记和注销，100个座位，100个互斥资源 设置信号量 教室内空座位数量，seat，初值100 为入口处进行登记设
4、置互斥信号量Sin，初值 1，表 示当前可用 为出口处进行注销设置互斥信号量Sout，初值 1，表 示当前可用begin Sin, Sout, seat：semaphore;seat :=100;Sin := 1;Sout := 1; cobegin process Reader-i ( i = 1,2,n ); begin P(seat); P(Sin); 登记; V(Sin); 进入阅览室; 读书; 离开阅览室; P(Sout); 注销; V(Sout); V（seat）; end coend; end;问题 若有一售票厅只能容纳300人，当少于 300人时，可以进入。否则，需在外等候 ，
5、 若将每一个购票者作为一个进程，请用P 、V操作编程。例2：读写数据库。某数据库有一个写进程、多个读进程，它们之 间读、写操作的互斥要求是：写进程运行时，其他读、写进程不能 对数据库进行操作。读进程之间不互斥，可以同时读数据库。请用 信号量及PV操作描述这一组进程的工作过程。（读者-写者问题） 进程的互斥数据库写 者读 者写者 读者 写数据库； 读数据库； 分析：写进程writer、读进程reader因竞争数据库这个资 源而成为互斥关系。因为写进程执行时，不能执行其他 读写进程，所以还必须设置一个计数器统计读进程的个 数。如果是第一个读进程，就与写进程竞争数据库。如 果是最后一个读进程，就释放
6、数据库。因计数器是一个 临界资源，所以多个读进程对计数器的操作又是互斥操 作。 设：信号量rmutex表示数据库资源，初值为1表示资源可 用；wmutex表示计数器count资源，初值为1表示可用 。int rmutex=1，wmutex=1;cobeginreader() / writer()coend进程的互斥小结 n进程互斥：进程之间要竞争临界资源。 n信号量表示临界资源是否可用，或临界资源 的数量。 n信号量的个数与临界资源的个数一致。 n对同一个信号量的PV操作要在同一个进程中 完成。 P操作：进入临界区前 V操作：离开临界区后进程的互斥进程同步进程同步： 并发进程之间相互合作，完成
7、一项工作，它们之 间有一定的时序关系。 解题步骤： n 确定进程的个数及每个进程的工作； n 确定关键工作步（需要控制的）； n 确定信号量表示的含义，当信号量的值为0时，表 示期望的消息尚未产生；当信号量的值非0时，表 示期望的消息已经存在。 n 写出伪代码。在同步关系的控制中，同一信号量 的P(wait)、V(signal)操作成对出现，但它们分别 在不同的进程代码中。 例1：假设有三个并发进程P，Q，R，其中P负责从输入设 备上读入信息并传送给Q，Q将信息加工后传送给R，R则 负责将信息打印输出。进程P、Q共享一个缓冲区，进程Q 、R共享另一个缓冲区。 进程的同步3个进程P、Q、R P进
8、程： 从输入设备上读入信息 将信息放入缓冲区1 Q进程： 从缓冲区1取出信息 将信息放入缓冲区2中 R进程： 从缓冲区2取出信息 将信息打印输出 确定进程的同步、互斥关系 同步：P当缓存区1无数据时，才可以向缓冲区1写入信息 同步：Q当缓存区1有数据时，才可以从缓冲区1读取信息 同步：Q当缓存区2无数据时，才可以向缓冲区2写入信息 同步：R当缓存区2有数据时，才可以从缓冲区2读取信息 设置信号量 缓存区1无数据，empty1，初值1 缓存区1有数据，full1，初值0 缓存区2无数据，empty2，初值1 缓存区2有数据，full2，初值0process P ( ) while(1) 从输入设
9、备上读入信息;P（empty1）;将信息放入缓冲区1；V（full1）;process Q ( ) while(1)P（full1）; 从缓冲区1取出信息;V（empty1）;P（empty2）; 将信息放入缓冲区2；V（full2）; process R ( ) while(1) P（full2）; 从缓冲区2取出信息;V（empty2）; 将信息打印输出 ; 进程的同步例2：公共汽车中的司机和售票员。 司机 P1 售票员 P2while (true) while (true) 启动车辆； 关门；正常运行； 售票；到站停车； 开门； 解法：信号量表示进程能否开始。 设信号量m1表示司机进程P
10、1能否启动汽车，初值为0， m2表示售票员进程p2能否开门，初值为0。int m1=0,m20 ; cobeginp1() / p2() coend进程的同步p1()p1() while(1) while(1) P(m1); P(m1);启动汽车；启动汽车；正常行驶；正常行驶；到站停车；到站停车；V(m2);V(m2); p2()p2() while(1) while(1) 关门；关门；V(m1);V(m1);售票；售票；(m2);(m2);开门； 开门； 进程的同步例3-2：吃水果。 父亲 P1 儿子 P2 女儿 P3 while (true) while (true) while(true
11、) 洗水果； 取桔子； 取苹果；放水果； 吃桔子； 吃苹果； 桔子父亲儿子女儿0苹果 分析：父亲先放水果，儿子女儿再吃水果；儿子女儿取完 水果，父亲再放水果，这三个进程是一个同步关系。 解法：设信号量m1表示父亲能否放水果，m2表示儿子能 否取桔子，m3表示女儿能否取苹果。 int m1=1,m2=0,m3=0； cobeginp1() / p2() / p3() coend进程的同步p1()p1() while(1) while(1) 洗水果；洗水果；P(m1) P(m1) ；放水果；放水果；if (if (是桔子是桔子) V(m2) ) V(m2) ；else V(m3)else V(m3
12、)； p2()p2() while(1) while(1) P(m2) P(m2) ；取桔子；取桔子；V(m1)V(m1)；吃桔子；吃桔子； p3()p3() while(1) while(1) P(m3) P(m3) ；取苹果；取苹果；V(m1)V(m1)；吃苹果；吃苹果； 进程的同步例3-3：吃水果。 父亲 P1 母亲 P2 儿子 P3 while (true) while (true) while(true) 洗桔子； 洗苹果； 取水果；放桔子； 放苹果； 吃水果； 0父亲 儿子 母亲桔子苹果 分析：父母亲先放水果，儿子再取水果吃；父亲与儿子， 母亲与儿子是一个同步关系，父亲与母亲要竞争空盘子。 解法：设信号量m1表示是否有空盘子，信号量m2表示儿 子能否取水果。 int m1=1,m2=0； cobeginp1() / p2() / p3() coend进程的同步p1()p1() while(1) while(1) 洗桔子；
