操作系统--PV操作习题补

6.1/252020年2月操作系统1、用P.V操作解决下面的同步问题getcopyputfstg要解决的同步问题：Get不能向“满”的S中放；Copy不能从“空”的S中取；不能向“满”的T中放；Put不能从“空”的T中取有3个进程：get,copy和put，它们对4个存储区域f、s、t和g进行操作：其中：f有取之不尽的数据可以get；g有用之不完的空间可以puts和t则只有一个存储空间。3,4,...,m22(1,2…)2,3,4,...,m11(1…)1,2,3,4,...,m(…)练习：6.2/252020年2月操作系统（同步）信号量：{实际上也起到互斥作用}S_Empty,T_Empty，{初值为1}S_Full,T_Full;{初值为0}Get进程:BeginRepeatP(S_Empty)T_get_S();V(S_Full);Untilfalse;EndCopy进程:BeginRepeatP(S_Full);P(T_Empty);S_copy_T();V(T_Full);V(S_Empty);Untilfalse;EndPut进程:BeginRepeatP(T_Full);T_put_G();V(T_Empty);Untilfalse;End6.3/252020年2月操作系统正常行车到站停车开车售票开车门关车门司机售票员2、重新研究司机和售票员问题，分别写出司机和售票员进程，从而实现该问题的同步6.4/252020年2月操作系统司机进程：BeginRepeatP(S_Door);行驶；…停车；V(S_Stop);Untilfalse;End乘务员进程:BeginRepeat关门；V(S_Door);售票；P(S_Stop);开门；Untilfalse;EndVarS_Door,S_Stop:Semaphore:=0,06.5/252020年2月操作系统司机进程：BeginRepeatP(door);行驶；…停车;V(stop);Untilfalse;End乘务员进程:BeginRepeatP(stop);开门；关门；V（door）；售票;Untilfalse;EndVardoor，stop:semaphore：1，06.6/252020年2月操作系统3、桌上有一空盘，允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果，也可向盘中放桔子，儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘空时一次只能放一只水果供吃者取用，请用P、V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。分析：本题中，爸爸、儿子、女儿共用一个盘子，盘中一次只能放一个水果。当盘子为空时，爸爸可将一个水果放入果盘中。若放入果盘中的是桔子，则允许儿子吃，女儿必须等待；若放入果盘中的是苹果，则允许女儿吃，儿子必须等待。本题实际上是生产者-消费者问题的一种变形：这里，生产者放入缓冲区的产品有两类，消费者也有两类，每类消费者只消费其中固定的一类产品6.7/252020年2月操作系统S：表示盘子是否为空，其初值为l；So：表示盘中是否有桔子，其初值为0；Sa：表示盘中是否有苹果，其初值为0。设置三个信号量:S、So、Sa，Daughter进程：while(1){P(Sa);从盘中取出苹果;V(S);吃苹果;｝Father进程：while(1){P(S);将水果放入盘中;if（放入的是桔子）V(So);elseV(Sa);}Son进程：while(1){P(So);从盘中取出桔子;V(S);吃桔子;｝}6.8/252020年2月操作系统分析问题中涉及的进程；分析问题中的同步关系（竞争，合作）；（其中，合作关系的解决也是通过转化为对资源的竞争完成的。）参照所竞争的资源设置信号量，并赋予初值；写出各个进程的描述；检查每个进程的描述，看是否会出现死锁现象并改正之。小结：同步问题解法6.9/252020年2月操作系统具体的规范格式如下（以苹果桔子题目为例：）intS＝1;intSa＝0;intSo＝0;main(){cobeginfather();/*父亲进程*/son();/*儿子进程*/daughter();/*女儿进程*/coend｝解：设置三个信号量S、So、Sa，信号量S表示盘子是否为空，其初值为l；信号量So表示盘中是否有桔子，其初值为0；信号量Sa表示盘中是否有苹果，其初值为0。同步描述如下：father(){while(1){P(S);将水果放入盘中;if（放入的是桔子）V(So);elseV(Sa);}}son(){while(1){P(So);从盘中取出桔子;V(S);吃桔子;｝}daughter(){while(1){P(Sa);从盘中取出苹果;V(S);吃苹果;｝｝6.10/252020年2月操作系统作业：睡眠理发师问题6.11/252020年2月操作系统作业：睡眠理发师问题问题描述（经典理发师问题）假设后街有家理发店，店里有一个理发师、一把理发椅和n把等候理发的顾客椅子。（1）.如果没有顾客则理发师便在理发椅上睡觉（看报纸）；（2）.当有一个顾客到达时，首先查看理发师在干什么，如果在睡觉（看报纸）则告诉理发师理发，然后坐到理发椅上开始理发；如果理发师正在理发，则查看是否有空的椅子可坐，如果有，他就坐下等待，如果没有，则离开；（3）.理发师为一位顾客理完发后，查看是否有人等待，如有则唤醒一位为其理发，如没有则在理发椅上睡觉（看报纸）；（4）.顾客不分优先级6.12/252020年2月操作系统作业：睡眠理发师问题问题分析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Customer()分别描述理发师和顾客的行为。当理发师看报时顾客近来需要唤醒理发师为其理发，当有顾客时理发师为其理发，没有的时候理发师看报，因此理发师和顾客之间是同步的关系，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。故引入3个信号量和一个控制变量：1)控制变量waiting用来记录等候理发的顾客数，初值均为0；2)信号量customers用来记录等候理发的顾客数，并用作阻塞理发师进程，初值为0；3)信号量barbers用来记录正在等候顾客的理发师数，并用作阻塞顾客进程，初值为0；4)信号量mutex用于互斥，初值为16.13/252020年2月操作系统作业：睡眠理发师问题问题实现PV操作代码如下:intwaiting=0；//等候理发的顾客数intchairs=n；//为顾客准备的椅子数semaphorecustomers=0,barbers=0,mutex=1;barber(){while(TRUE);//理完一人,还有顾客吗?P(cutomers);//若无顾客,理发师睡眠P(mutex);//进程互斥waiting:=waiting–1;//等候顾客数少一个V(barbers);//理发师去为一个顾客理发V(mutex);//开放临界区cut-hair();//正在理发}6.14/252020年2月操作系统作业：睡眠理发师问题问题实现（接上页）customer(){P(mutex);//进程互斥if(waiting){waiting:=waiting+1;//等候顾客数加1V(customers);//必要的话唤醒理发师V(mutex);//开放临界区P(barbers);//无理发师,顾客坐着养神get-haircut();//一个顾客坐下等理/}elseV(mutex);//人满了,走吧!}6.15/252020年2月操作系统•理发师问题：•一个理发店有一个入口和一个出口。•理发店内有一个可站5位顾客的站席区、4个单人沙发、3个理发师及其专用理发工具、一个收银台。•新来的顾客坐在沙发上等待；没有空沙发时，可在站席区等待；站席区满时，只能在入口外等待。理发师可从事理发、收银和休息三种活动。•理发店的活动满足下列条件：•1）休息的理发师是坐地自己专用的理发椅上，不会占用顾客的沙发；•2）处理休息状态的理发师可为在沙发上等待时间最长的顾客理发；•3）理发时间长短由理发师决定；•4）在站席区等待时间最长的顾客可坐到空闲的理发上；•5）任何时刻最多只能有一个理发师在收银。•试用信号量机制或管程机制实现理发师进程和顾客进程。•。6.16/252020年2月操作系统•原理：•(1)customer进程：•首先检查站席区是否已满（stand_capacity）,若满选择离开，否则进入站席区，即进入理发店。在站席区等待沙发的空位（信号量sofa），如果沙发已满，则进入阻塞等待队列，直到出现空位，在站席区中等待时间最长的顾客离开站席区（stand_capacity）。坐到沙发上，等待理发椅(barber_chair)，如果理发椅已满，则进入阻塞等待队列，直到出现空位，在沙发上等待时间最长的顾客离开沙发（释放信号量sofa）。坐到理发椅上，释放准备好的信号（customer_ready），获得该理发师的编号（0~1的数字）。等待理发师理发结束（finished[barber_number]）。在离开理发椅之前付款（payment），等待收据(receipt)，离开理发椅（leave_barberchair）。最后离开理发店。6.17/252020年2月操作系统•这里需要注意几点：•a)首先是几个需要进行互斥处理的地方，主要包括:进入站席区、进入沙发、进入理发椅和付款几个地方。•b)通过barber_chair保证一个理发椅上最多只有一名顾客。但这也不够，因为单凭baber_chair无法保证一名顾客离开理发椅之前，另一位顾客不会坐到该理发椅上，因此增加信号量leave_barberchair，让顾客离开理发椅后，释放该信号，而理发师接收到该信号后才释放barber_chair等待下一位顾客。•c)在理发的过程中，需要保证是自己理发完毕，才能够进行下面的付款、离开理发椅的活动。这个机制是通过customer进程获得给他理发的理发师编号来实现的，这样，当该编号的理发师释放对应的finished[i]信号的时候，该顾客才理发完毕。•d)理发师是通过mutex信号量保证他们每个人同时只进行一项操作（理发或者收款）。•e)为了保证该顾客理发完毕后马上可以付款离开，就应该保证给该顾客理发的理发师在理•发完毕后马上到收银台进入收款操作而不是给下一位顾客服务。在伪码中由以下机制实现：即顾客在释放离开理发椅的信号前，发出付款的信号。这样该理发师得不到顾客的离开理发椅的信号，不能进入下一个循环为下一名顾客服务，而只能进入收款台的收款操作。直到顾客接到收据后，才释放离开理发椅的信号，离开理发椅，让理发师释放该理发椅的信号，让下一位等待的顾客坐到理发椅上。•6.18/252020年2月操作系统•(2)barber进程•首先将该理发师的编号压入队列，供顾客提取。等待顾客坐到理发椅坐好(信号量customer_ready)，开始理发，理发结束后释放结束信号（finished[i]）。等待顾客离开理发椅（leave_barberchair）（期间去收银台进行收款活动），释放理发椅空闲信号(barber_chair)，等待下一位顾客坐上来。•(3)cash（收银台）进程•等待顾客付款(payment),执行收款操作，收款操作结束，给付收据（receipt）。6.19/252020年2月操作系统•信号量总表：•信号量waitsignal•stand_capacity顾客等待进入理发店顾客离开站席区•sofa顾客等待坐到沙发顾客离开沙发•barber_chair顾客等待空理发椅理发师释放空理发椅•customer_ready理发师等待，直到一个顾客坐到理发椅顾客坐到理发椅上，给理发师发出信号mutex等待理发师空闲，执行理发或收款操作理发师执行理发或收款结束，进入空闲状态mutex1执行入队或出队等待入队或出队结束，释放信号finished[i]顾客等待对应编号理发师理发结束；理发师理发结束，释放信