PV练习及参考解答.doc

PV原语操作详解  　　PV原语通过操作信号量来处理进程间的同步与互斥的问题（如：经典的生产者－消费者问题）其核心就是一段不可分割不可中断的程序，从而实现进程同步信号量的概念1965年由著名的荷兰计算机科学家Dijkstra提出，其基本思路是用一种新的变量类型(semaphore)来记录当前可用资源的数量（如：生产者进程中的资源和消费者中的资源信号量：空位置数empty和产品数full）      semaphore有两种实现方式：      1) semaphore的取值必须大于或等于00表示当前已没有空闲资源，而正数表示当前空闲资源的数量；     2) semaphore的取值可正可负，负数的绝对值表示正在等待进入临界区的进程个数      信号量是由操作系统来维护的，用户进程只能通过初始化和两个标准原语(P、V原语)来访问初始化可指定一个非负整数，即空闲资源总数      P原语：P是荷兰语Proberen(测试)的首字母为阻塞原语，负责把当前进程由运行状态转换为阻塞状态，直到另外一个进程唤醒它操作为：申请一个空闲资源(把信号量减1)，若成功，则退出；若失败，则该进程被阻塞；      V原语：V是荷兰语Verhogen(增加)的首字母。

为唤醒原语，负责把一个被阻塞的进程唤醒，它有一个参数表，存放着等待被唤醒的进程信息操作为：释放一个被占用的资源(把信号量加1)，如果发现有被阻塞的进程，则选择一个唤醒之      P原语操作的动作是：    (1)sem减1；    (2)若sem减1后仍大于或等于零，则进程继续执行；    (3)若sem减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转进程调度    V原语操作的动作是：    (1)sem加1；    (2)若相加结果大于零，则进程继续执行；    (3)若相加结果小于或等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程，然后再返回原进程继续执行或转进程调度     PV操作必须成对使用在PV原语执行期间不允许有中断的发生 例1：     生产围棋的工人不小心把相等数量的黑子和白子混装载一个箱子里，现要用自动分拣系统把黑子和白子分开，该系统由两个并发执行的进程组成，功能如下：    (1)进程A专门拣黑子，进程B专门拣白子；    (2)每个进程每次只拣一个子，当一个进程在拣子时不允许另一个进程去拣子；     分析进程及关系：    第一步：确定进程间的关系。

由功能(2)可知进程之间是互斥的关系     实现：确定信号量及其值semaphore  s;  // 箱子个数，初值为1 //注意以下表示方法，cobegin和coend之间的是并发进程main() { cobegin A(); B(); coend}A(){ while(1){ wait(S); 拣黑子； signal(S);}}B(){ while(1){ wait(S); 拣白子； signal（S）；}} 　　      例2：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      分析进程及关系：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：信号量定义 semaphore S_CartNum;    //：空闲的手推车数量，初值为100 void  consumer(void)    // 顾客进程{    P(S_CartNum);    买东西;    结帐;    V(S_CartNum); }     例3：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，试用P、V操作使这两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： 信号量定义semaphore  S_PlateNum;  // 盘子容量，初值为1 semaphore  S_AppleNum;  // 苹果数量，初值为0 void  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；     } } 思考：如果爸爸也可以放鸭梨，女儿吃鸭梨？以上代码该如何修改？     例4：两个进程PA、PB通过两个FIFO(先进先出)缓冲区队列连接(如图)     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 分析：     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;     // 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;         生成新的消息;         P(S_BuffNum_Q2);         把该消息发送到Q2当中;         V(S_MessageNum_Q2);     } } 思考：此处是否应该加上互斥信号量，如何添加？练习：  例1：     某车站售票厅，任何时刻最多可容纳20名购票者进入，当售票厅中少于20名购票者时，厅外的购票者可立即进入，否则需要在外面等待。

每个购票者可看成一个进程    分析确定进程间的关系售票厅是各进程共享的公有资源，当售票厅中多于20名购票者时，厅外的购票者需要在外面等待所以进程间是互斥的关系第二步：确定信号量及其值只有一个公有资源：售票厅，所以设置一个信号量s售票厅最多容纳20个进程，即可用资源实体数为20，s的初值就设为20     实现：//售票厅是各进程共享的公有资源，售票厅最多容纳20个进程，即可用资源实体数为20，s的初值就设为20semaphore  s;  void PI(I=1,2,…… ){     P(s);         进入售票厅;        购票;        退出;     V(s);}      当购票者进入售票厅前要执行P(s)操作，执行后若s大于或等于零，说明售票厅的人数还未满可进入执行后若s小于零，则说明售票厅的人数已满不能进入这个实现中同时最多允许20个进程进入售票厅购票，其余进程只能等待例2：     生产围棋的工人不小心把相等数量的黑子和白子混装载一个箱子里，现要用自动分拣系统把黑子和白子分开，该系统由两个并发执行的进程组成，功能如下：    (1)进程A专门拣黑子，进程B专门拣白子；    (2)每个进程每次只拣一个子，当一个进程在拣子时不允许另一个进程去拣子；     分析：    第一步：确定进程间的关系。

由功能(2)可知进程之间是互斥的关系    第二步：确定信号量及其值由于进程A和进程B要互斥进入箱子去拣棋子，箱子是两个进程的公有资源，所以设置一个信号量s，其值取决于公有资源的数目，由于箱子只有一个，s的初值就设为1     实现：Semaphore s;//互斥信号量，初值为1 main() { cobegin A(); B(); coend}A(){ while(1){ wait(s); 拣白子； signal(s);}}B(){ while(1){ wait(s); 拣黑子； signal（s）；}} 　　判断进程间是否互斥，关键是看进程间是否共享某一公有资源，一个公有资源与一个信号量相对应确定信号量的值是一个关键点，它代表了可用资源数如下实例：例3：     在例2的基础之上再添加一个功能：　　(3)当一个进程拣了一个棋子（黑子或白子）以后，必让另一个进程拣一个棋子（黑子或白子）     分析：    第一步：确定进程间的关系由功能（1）（2）（3）可知，进程间的关系为同步关系第二步：确定信号量及其值进程A和B共享箱子这个公有资源，但规定两个进程必须轮流去取不同色的棋子，因而相互间要互通消息。

对于进程A可设置一个私有信号量s1，该私有信号量用于判断进程A是否能去拣黑子，初值为1对于进程B同样设置一个私有信号量s2，该私有信号量用于判断进程B是否能去拣白子，初值为0当然你也可以设置s1初值为0，s2初值为1     实现:Semaphore s1;//同步信号量，初值为1，表示可拣黑子Semaphore s2;//同步信号量，初值为0，表示不可拣白子 main() { cobegin A(); B(); coend}A(){ while(1){ wait(s2); 拣白子； signal(s1);}}B(){ while(1){ wait(s1); 拣黑子； signal（s2）；}}　　另外一个问题就是P原语是不是一定在V原语的前面？回答是否定的下面看一个例子： 例4：    设在公共汽车上，司机和售票员的活动分别是：司机：启动车辆，正常行车，到站停车售票员：上乘客，关车门，售票，开车门，下乘客用PV操作对其控制     分析：    第一步：确定进程间的关系。