《信号量机制-课堂练习.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信号量机制-课堂练习.doc（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、用wait,signal操作解决进程的同步和互斥问题，绝大部分题目可以按以下步骤解决：根据题目要求将每个进程的执行过程一步一步描述出来；分析每个进程每一步的执行条件，将条件一一记录；比较各个条件，将同一条件归为一个，若条件可以归结为一种资源，设置一个信号量表示；注意：这里是做题，不是实现系统，所以若某个条件题目中没有加以说明或限制，则删除；设置信号量初值：若信号量是代表某种资源，则为系统初始时的可使用的资源数或可使用资源的进程数，若为互斥则为“1”；重新分析每个进程的每个步骤：若该步骤有执行条件涉及信号量A，则在该步骤语句前加入wait(A)；若该步骤有执行后某个信号量B会增值，则在该步骤语句
2、后加入signal(B)；注意：若某个步骤前同时有几个wait操作，则一般同步信号量在前，互斥信号量在后；题目已经做完，最后检查各个进程是否能按题目要求并发执行，若可以，停止；若不可以，检查上述过程，查找错误。例1 有一个生产者和一个消费者共享容量为n的缓冲器(n均大于1)，生产者把生产的物品存入缓冲器，而消费者从缓冲器中取出物品去消费。要求用wait,signal操作对生产者和消费者进行正确管理。第一步 根据题目要求将每个进程的执行过程一步一步描述出来：生产者进程 L1: 生产一件产品；产品放入缓冲；goto L1；消费者进程 L2: 从缓冲中区走产品；消费一件产品；goto L2；第二步
3、分析每个进程每一步的执行条件，将条件一一记录：生产者进程：生产一件产品的条件是有生产产品的原料，在题目中不曾提及，所以该条件不考虑，认为这一步骤没有限制条件；产品放入缓冲条件是要有产品、缓冲，由于前一步骤已经生产出产品，所以这一步骤执行是肯定有产品，这一步骤的限制条件是有缓冲；消费者进程：从缓冲中取走产品条件是缓冲中有产品和，这一步骤的限制条件是缓冲中的产品；消费产品的条件是应该是已获得产品，由于前一步骤已经获得产品，所以这一步骤执行是肯定有产品的，所以这一步骤没有限制条件；第三步 比较各个条件，将同一条件归为一个，设置一个信号量表示；根据第二步分析，本题中有四个限制条件：一个是缓冲，定义信号
4、量empty；一个是产品，定义信号量full；第四步 设置信号量初值：empty，full是资源数量，系统初始状态应该是缓冲均空，无产品，所以empty=n，full=0。第五步 重新分析每个进程的每个步骤，加入wait,signal操作：生产者进程：生产一件产品，无限制条件，且对上述四个信号量无影响；产品放入缓冲条件是缓冲，所以这条语句前加上wait(empty)，这条语句执行完后，应该缓冲中产品会增加一个，所以这条语句后应加入signal(full)；消费者进程：从缓冲中取走产品条件是缓冲中有产品和无消费者从缓冲中取产品，所以这条语句前加上wait(full)，这条语句执行完后，缓冲会增加
5、一个，所以这条语句后应加入signal(S1)；消费产品无限制条件，且对上述四个信号量无影响。这样生产者和消费者进程的过程修改为：生产者进程 L1: 生产一件产品； wait(empty);产品放入缓冲；signal(full);goto L1；消费者进程 L2: wait(full);从缓冲中区走产品；signal(empty);消费一件产品；goto L2；用一个数组B描述缓冲，k指示放产品的位置，t指示取产品的位置，则完整的生产者消费者算法描述如下：semaphore empty=n,full=0;item buffern;int in=out=0;void producer() whi
6、le (1) produce an item in nextp; . wait(empty); bufferin=nextp; in=(in+1) mod n; signal(full); void consumer()while (1) . wait(full); nextc=bufferout; out=(out+1) mod n; signal(empty); . consume the item in nextc; main()cobegin producer();consumer(); 第六步 检查：其中wait(S1)和signal(S1)之间的程序段是各生产者的相关临界区，保证了
7、生产者放产品的互斥；wait(S2)和signal(S2)之间的程序段是各消费者的相关临界区，保证了消费者的互斥；wait(empty)保证了有缓冲才可放产品，无缓冲时生产者等待；wait(full)保证了缓冲中有产品才可取产品，无产品时消费者等待；signal(empty)让消费者通知系统释放一个缓冲，有生产者等待缓冲时可将其唤醒；signal(full)让通知生产者系统增加了一个产品，有消费者等待产品时可将其唤醒。符合题目要求，题目完成。例1改 有m个生产者和r个消费者共享容量为n的缓冲器(m，r，n均大于1)，每个生产者都要把各自生产的物品存入缓冲器，而每个消费者也都要从缓冲器中取出物品
8、去消费。要求用wait,signal操作对这些生产者和消费者进行正确管理。在这个问题中生产者与消费者之间应该同步。由于没有限定生产者生产的物品供哪个消费者取用，也没有限制消费者只能取用哪些物品，因此，生产者只要测试到有缓冲器中尚未放满物品就可把生产的物品存入，消费者只要测试到缓冲器中有物品就可取出。下面是实现同步机制的过程。第一步 根据题目要求将每个进程的执行过程一步一步描述出来：生产者进程 L1: 生产一件产品；产品放入缓冲；goto L1；消费者进程 L2: 从缓冲中区走产品；消费一件产品；goto L2；第二步 分析每个进程每一步的执行条件，将条件一一记录：生产者进程：生产一件产品的条件
9、是有生产产品的原料，在题目中不曾提及，所以该条件不考虑，认为这一步骤没有限制条件；产品放入缓冲条件是要有产品、缓冲和无生产者向缓冲中放产品，由于前一步骤已经生产出产品，所以这一步骤执行是肯定有产品，这一步骤的限制条件是有缓冲和无生产者向缓冲中放产品；消费者进程：从缓冲中取走产品条件是缓冲中有产品和无消费者从缓冲中取产品，这一步骤的限制条件是缓冲中的产品和无消费者从缓冲中取产品；消费产品的条件是应该是已获得产品，由于前一步骤已经获得产品，所以这一步骤执行是肯定有产品的，所以这一步骤没有限制条件；第三步 比较各个条件，将同一条件归为一个，设置一个信号量表示；根据第二步分析，本题中有四个限制条件：一
10、个是缓冲，定义信号量empty；一个是无生产者向缓冲中放产品，定义信号量mutex1；一个是产品，定义信号量full；一个是无消费者从缓冲中取产品，定义信号量mutex2。第四步 设置信号量初值：mutex1，mutex2是互斥信号量，每次只能由一个生产者（或消费者）向缓冲中放产品（取产品），所以初值均为“1”；empty，full是资源数量，系统初始状态应该是缓冲均空，无产品，所以empty=n，full=0。第五步 重新分析每个进程的每个步骤，加入wait,signal操作：生产者进程：生产一件产品，无限制条件，且对上述四个信号量无影响；产品放入缓冲条件是缓冲和无生产者向缓冲中放产品，所以
11、这条语句前加上wait(empty)、wait(mutex1)，这条语句执行完后，应该释放互斥信号量mutex1和缓冲中产品会增加一个，所以这条语句后应加入signal(mutex1)、signal(full)；消费者进程：从缓冲中取走产品条件是缓冲中有产品和无消费者从缓冲中取产品，所以这条语句前加上wait(full)、wait(mutex2)，这条语句执行完后，应该释放互斥信号量mutex2和缓冲中产品少了一个，缓冲会增加一个，所以这条语句后应加入signal(mutex1)、signal(empty)；消费产品无限制条件，且对上述四个信号量无影响。这样生产者和消费者进程的过程修改为：生产
12、者进程 L1: 生产一件产品； wait(empty); wait(mutex1);产品放入缓冲；signal(mutex1);signal(full);goto L1；消费者进程 L2: wait(full); wait(mutex2);从缓冲中区走产品；signal(mutex2);signal(empty);消费一件产品；goto L2；用一个数组B描述缓冲，k指示放产品的位置，t指示取产品的位置，则完整的生产者消费者算法描述如下：semaphore mutex=1,empty=n,full=0;item buffern;int in=out=0;void producer() whil
13、e (1) produce an item in nextp; . wait(empty); wait(mutex); bufferin=nextp; in=(in+1) mod n; signal(mutex); signal(full); void consumer()while (1) . wait(full); wait(mutex); nextc=bufferout; out=(out+1) mod n; signal(mutex); signal(empty); . consume the item in nextc; main()cobegin producer();consum
14、er(); 第六步 检查：其中wait(mutex1)和signal(mutex1)之间的程序段是各生产者的相关临界区，保证了生产者放产品的互斥；wait(mutex2)和signal(mutex2)之间的程序段是各消费者的相关临界区，保证了消费者的互斥；wait(empty)保证了有缓冲才可放产品，无缓冲时生产者等待；wait(full)保证了缓冲中有产品才可取产品，无产品时消费者等待；signal(empty)让消费者通知系统释放一个缓冲，有生产者等待缓冲时可将其唤醒；signal(full)让通知生产者系统增加了一个产品，有消费者等待产品时可将其唤醒。符合题目要求，题目完成。例2 现有四个进程R1、R2、W1、W2，它们共享可以存放一个数的缓冲器B。进程R1每次把来自键盘的一个数存入缓冲器B中，供进程W1打印输出；进程R2每次从磁盘上读一个数存放到缓冲器B中，供进程W2打印输出。为防止数据的丢失和重复打印，问怎样用wait,signal操作来协调这四个进程的并发执行。第一步 根据题目要求将每个进程的执行过程一步一步描述出来：进程R1：Ll: 接收来自键盘
