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1、例1：某超市门口为顾客准备了100辆手推车，每位顾客在进去买东西时取一辆推车，在买完东西结完帐以后再把推车还回去。试用P、V操作正确实现顾客进程的同步互斥关系。分析：把手推车视为某种资源，每个顾客为一个要互斥访问该资源的进程。因此这个例子为PV原语的第二种应用类型。解：semaphore S_CartNum;/ 空闲的手推车数量， 初值为100void consumer(void)/ 顾客进程 P(S_CartNum); 买东西； 结帐； V(S_CartNum); 例2：桌子上有一个水果盘，每一次可以往里面放入一个水果。爸爸专向盘子中放苹果，儿子专等吃盘子中的苹果。把爸爸、儿子看作二个进程，
2、试用P、V操作使这四个进程能正确地并发执行。分析：爸爸和儿子两个进程相互制约，爸爸进程执行完即往盘中放入苹果后，儿子进程才能执行即吃苹果。因此该问题为进程间的同步问题。解：semaphore S_PlateNum;/ 盘子容量，初值为1semaphore S_AppleNum;/ 苹果数量，初值为0void father( )/ 父亲进程 while(1) P(S_PlateNum); 往盘子中放入一个苹果； V(S_AppleNum); void son( )/ 儿子进程 while(1) P(S_AppleNum); 从盘中取出苹果； V(S_PlateNum); 吃苹果； 另附用PV原语
3、解决进程同步与互斥问题的例子:经典IPC问题如：生产者消费者，读者写者，哲学家就餐，睡着的理发师等可参考相关教材。一、两个进程PA、PB通过两个FIFO（先进先出）缓冲区队列连接（如图）PAPBQ1Q2 PA从Q2取消息，处理后往Q1发消息，PB从Q1取消息，处理后往Q2发消息，每个缓冲区长度等于传送消息长度. Q1队列长度为n，Q2队列长度为m. 假设开始时Q1中装满了消息，试用P、V操作解决上述进程间通讯问题。解：/ Q1队列当中的空闲缓冲区个数，初值为0semaphore S_BuffNum_Q1;/ Q2队列当中的空闲缓冲区个数，初值为m semaphore S_BuffNum_Q2;
4、/ Q1队列当中的消息数量，初值为n semaphore S_MessageNum_Q1;/ Q2队列当中的消息数量，初值为0 semaphore S_MessageNum_Q2;void PA( ) while(1) P(S_MessageNum_Q2); 从Q2当中取出一条消息； V(S_BuffNum_Q2); 处理消息； 生成新的消息； P(S_BuffNum_Q1); 把该消息发送到Q1当中； V(S_MessageNum_Q1); void PB( ) while(1) P(S_MessageNum_Q1); 从Q1当中取出一条消息； V(S_BuffNum_Q1); 处理消息；
5、生成新的消息； P(S_BuffNum_Q2); 把该消息发送到Q2当中； V(S_MessageNum_Q2); 二、操作系统课程的期末考试即将举行，假设把学生和监考老师都看作进程，学生有N人，教师1人。考场门口每次只能进出一个人，进考场的原则是先来先进。当N个学生都进入了考场后，教师才能发卷子。学生交卷后即可离开考场，而教师要等收上来全部卷子并封装卷子后才能离开考场。(1)问共需设置几个进程?(2)请用P、V操作解决上述问题中的同步和互斥关系。解：semaphore S_Door;/ 能否进出门，初值1semaphore S_StudentReady;/ 学生是否到齐，初值为0semaph
6、ore S_ExamBegin;/ 开始考试，初值为0semaphore S_ExamOver;/ 考试结束，初值为0int nStudentNum = 0;/ 学生数目semaphore S_Mutex1/互斥信号量，初值为1int nPaperNum = 0;/ 已交的卷子数目semaphore S_Mutex2 /互斥信号量，初值为1void student( ) P(S_Door); 进门； V(S_Door); P(S_Mutex1)； nStudentNum +;/ 增加学生的个数 if(nStudentNum = N) V(S_StudentReady); V(S_Mutex1)
7、; P(S_ExamBegin);/ 等老师宣布考试开始 考试中 交卷；P(S_Mutex2)； nPaperNum +;/ 增加试卷的份数 if(nPaperNum = N) V(S_ExamOver); V(S_Mutex2); P(S_Door); 出门； V(S_Door);void teacher( ) P(S_Door); 进门； V(S_Door); P(S_StudentReady)；/等待最后一个学生来唤醒 发卷子; for(i = 1; i = N; i+) V(S_ExamBegin); P(S_ExamOver); / 等待考试结束 封装试卷； P(S_Door); 出
8、门； V(S_Door); 三、某商店有两种食品A和B，最大数量均为m个。 该商店将A、B两种食品搭配出售，每次各取一个。为避免食品变质，遵循先到食品先出售的原则。有两个食品公司分别不断地供应A、B两种食品(每次一个)。为保证正常销售，当某种食品的数量比另一种的数量超过k(km)个时，暂停对数量大的食品进货，补充数量少的食品。(1) 问共需设置几个进程?(2) 用P、V操作解决上述问题中的同步互斥关系。解：semaphore S_BuffNum_A; /A的缓冲区个数, 初值msemaphore S_Num_A; / A的个数，初值为0semaphore S_BuffNum_B; /B的缓冲区
9、个数, 初值msemaphore S_Num_B; / B的个数，初值为0void Shop( ) while(1) P(S_Num_A); P(S_Num_B)； 分别取出A、B食品各一个; V(S_BuffNum_A); V(S_BuffNum_A); 搭配地销售这一对食品; / “A食品加1，而B食品不变”这种情形允许出现的次数(许可证的数量)，其值等于/k-(A-B)，初值为ksemaphore S_A_B;/ “B食品加1，而A食品不变”这种情形允许出现的次数(许可证的数量)，其值等于/k-(B-A)，初值为ksemaphore S_B_A;void Producer_A ( ) w
10、hile(1) 生产一个A食品； P(S_BuffNum_A)； P(S_A_B); 向商店提供一个A食品； V(S_Num_A); V(S_B_A); void Producer_B ( ) while(1) 生产一个B食品； P(S_BuffNum_B)； P(S_B_A); 向商店提供一个B食品； V(S_Num_B); V(S_A_B); 四：在一栋学生公寓里，只有一间浴室，而且这间浴室非常小，每一次只能容纳一个人。公寓里既住着男生也住着女生，他们不得不分享这间浴室。因此，楼长制定了以下的浴室使用规则：（1）每一次只能有一个人在使用；（2）女生的优先级要高于男生，即如果同时有男生和女生
11、在等待使用浴室，则女生优先；（3）对于相同性别的人来说，采用先来先使用的原则。假设：（1）当一个男生想要使用浴室时，他会去执行一个函数boy_wants_to_use_bathroom，当他离开浴室时，也会去执行另外一个函数boy_leaves_bathroom；（2）当一个女生想要使用浴室时，会去执行函数girl_wants_to_use_bathroom，当她离开时, 也会执行函数girl_leaves_bathroom;问题：请用信号量和P、V操作来实现这四个函数（初始状态：浴室是空的）。解：信号量的定义：semaphore S_mutex;/ 互斥信号量，初值均为1semaphore S_boys; / 男生等待队列，初值为0semaphore S_girls;/ 女生等待队列，初值为0普通变量的定义：int boys_waiting = 0;/ 正在等待的男生数；int girls_waiting = 0; / 正在等待的女生数；int using = 0;/ 当前是否有人在使用浴室;void boy_wants_to_use_bathroom ( )
