进程同步典型例题(操作系统)_操作系统典型例题分析
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进程同步练习题
1.在公共汽车上，司机和售票员的工作流程如图所示。为保证乘客的安全，司机和售票员应密切配合协调工作。请用信号量来实现司机与售票员之间的同步。
司机 售票员 启动车辆 关车门 正常行车 售票 到站停车 开车门
图
司机和售票员工作流程图
① 约束：怎么密切配合协调工作才能保证安全呢？
a)关车门之后再启动车辆；利用前驱图解释 b)到站停车之后再开车门； ② 根据约束定义信号量；
关车门和启动车辆需要一个信号量进行同步S1；到站停车和开车门之间需要一个信号量进行同步S2； ③ 建立几个进程呢？
a)为司机建立一个进程Driver； b)为售票员建立一个进程Conductor； Driver：
Repeat
启动车辆；
正常行驶；
到站停车；
Until false;Conductor：
Repeat 关车门；
售票；
开车门；
Until false;
④ 加入同步关系：
Var s1,s2:semorphore=0,0;
Driver：
Repeat
Wait(s1);
启动车辆；
正常行驶；
到站停车；
Signal(s2)Until false;Conductor：
Repeat 关车门；
Signal(s1);
售票； Wait(s2)
开车门；
Until false;main(){
Driver();
Conductor();} 2.桌子上有一只盘子，盘子中只能放一只水果。爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放橘子，一个儿子专等吃盘子中的橘子，一个女儿专等吃盘子中的苹果。用PV操作实现他们之间的同步机制。分析： ①约束：
a)爸爸和妈妈竞争盘子，往盘子放水果，爸爸在放时，妈妈等待，或者相反； b)爸爸和女儿要同步，即爸爸放完苹果之后通知女儿来吃；同时女儿吃完之后要通知盘子可用；
c)妈妈和儿子要同步，即妈妈放完橘子之后通知儿子来吃；同时儿子吃完之后要通知盘子可用；
② 经上述分析可知：
需要3个信号量：S1表示临界资源盘子，初值1；爸爸和女儿需要一个信号量进行同步S2=0 妈妈和儿子需要一个信号量进行同步S3=0;③ 建立进程？
爸爸：
妈妈：
女儿：
儿子：
Repeat
repeat
repeat
repeat
取一个苹果；
取一个橘子；
从盘子取一个苹果；
从盘子取一个橘子；
放入盘子；
放入盘子
吃苹果；
吃橘子；
Until false;
Until false;
Until false;
Until false;④ 加入同步关系。
爸爸：
妈妈：
女儿：
儿子：
Repeat
repeat
repeat
repeat
wait(S2);
wait(S3);取一个苹果；
取一个橘子；
从盘子取一个苹果；
从盘子取一个橘子；
Wait(S1);
Wait(S1);
signal(S1);
signal(S1);
放入盘子；
放入盘子
吃苹果；
吃橘子；
Signal(S2);
Signal(S3);
Until false;
Until false;
Until false;
Until false;
3.a，b两点之间是一段东西向的单行车道，现要设计一个自动管理系统，管理规则如下：（1）当ab之间有车辆在行驶时同方向的车可以同时驶入ab段，但另一方向的车必须在ab段外等待；
（2）当ab之间无车辆在行驶时，到达a点（或b点）的车辆可以进入ab段，但不能从a点和b点同时驶入；
（3）当某方向在ab段行驶的车辆驶出了ab段且暂无车辆进入ab段时，应让另一方向等待的车辆进入ab段行驶。
请用信号量为工具，对ab段实现正确管理以保证行驶安全。分析： ① 约束：
a)ab两点的单行车道是一种临界资源；两端的车辆对该资源进行竞争； b)同步关系：（1），（3）； ② 经上述分析可知：
首先，设置互斥信号量Sab=1，用于a、b点的车辆互斥进入ab段；
然后，分别设置共享变量ab=0用于记录当前ab段上由a点进入的车辆数量；共享变量ba=0用于记录当前ab=段上由b点进入车辆的数量；
最后，设置互斥信号量S1=1用于ab段的车辆互斥访问共享变量ab；设置互斥信号量S2=1用于ba段的车辆互斥访问共享变量ba ③建立进程？
semaphore S1=1,S2=1,Sab=1;int ab=ba=0;Pab：
pba： Repeat
repeat Wait(S1)
Wait(s2)
abcount=abcount+1;
bacount=bacount+1;if abcount==1 then wait(sab)
if bacount==1 then wait(sab)signal(S1)
signal(s2)进入车道行驶；
进入车道行驶； Wait(s1)
Wait(s2)abcount=abcount-1;
bacount=bacount-1;if abcount==0 then signal(sab)
if bacount==0 then signal(sab)signal(s1)
signal(s2);
until false;
until false;main(){
Pab();
Pba();}
5．一条河上架设了由若干个桥墩组成的一座桥。若一个桥墩只能站一个人，过河的人只能沿着桥向前走而不能向后退。过河时，只要对岸无人过，就可以过。但不允许河对岸的两个人同时过，以防止出现死锁。请给出两个方向的人顺利过河的同步算法。分析： ① 约束：
a)桥属于临界资源，两岸的人对该资源进行竞争；
b)桥上的人数是有限制的，设这个桥由N个桥墩构成，桥上同时只能有N个人过桥，其它人要进行等待。相当于共享资源数。
② 设置信号量
信号量s：互斥使用桥，初值为1 变量count1：方向1上过河人计数器 变量count2：方向2上过河人计数器
信号量scount1：对方向1上过河人计数器count1的互斥使用，初值为1 信号量scount2：对方向2上过河人计数器count2的互斥使用，初值为1 信号量scount：代表桥上过河人的计数信号量，初值为桥墩个数N ③ 建立进程
Semaphore s, scount1, scount2, scount;int count1, count2;s=1;scount1=1;scount2=1;scount=N;count1=0;count2=0;
void direct1(int i){ wait(scount1);count1++;if(count1==1)
wait(s);signal(scount1);
wait(scount);
上桥，过桥，下桥； signal(scount);
wait(scount1);count1--;if(count1==0)
signal(s);signal(scount1);}
void direct2(int i){ wait(scount2);count2++;if(count2==1)
wait(s);signal(scount2);
wait(scount);上桥，过桥，下桥； signal(scount);
wait(scount2);count2--;if(count2==0)
signal(s);signal(scount2);}
main(){
cobegin{
direct1(1);
…
direct1(n);
direct2(1);
…
direct2(m);
} } 6．有一个仓库，可以存放A和B两种产品，但要求：（1）每次只能存入一种产品（A或B）；
（2）-N＜A产品数量－B产品数量＜M。其中，N和M是正整数。试用同步算法描述产品A与产品B的入库过程。分析： ① 约束：
a)仓库是一种临界资源，两种产品为之竞争；
b)A产品数量不能比B产品数量多M个以上即A产品数量比B产品数量最多多M-1个；A产品数量不能比B产品数量少N个以上即B产品数量比A产品最多多N-1个。② 设置信号量
设置互斥信号量mutex互斥使用仓库； 设置两个信号量来控制A、B产品的存放数量，sa表示当前允许A产品比B产品多入库的数量（当前允许A产品入库数量）； sb表示当前允许B产品比A产品多入库的数量（当前允许B产品入库数量）。
初始时，sa为M一1，sb为N一1。当往库中存放入一个A产品时，则允许存入B产品的数量也增加1;当往库中存放入一个B产品时，则允许存入A产品的数量也增加1。
③ 建立进程
semaphore mutex=1，sa=M-1，sb=N-1;proce puta(){ while(1)
{ 取一个产品；
wait(sa);wait(mutex);将产品入库；
signal(mutex);signal(sb);}
} proce putb(){ while(1)
{ 取一个产品；
wait(sb);wait(mutex);将产品入库；
signal(mutex);signal(sa);
} } main(){ cobegin{ puta();putb();} }
4．将只读数据的进程称为“读者”进程，而写或修改数据的进程称为“写者”进程。允许多个“读者”同时读数据，但不允许“写者”与其他“读者”或“写者”同时访问数据。另外，要保证：一旦有“写者”等待时，新到达的“读者”必须等待，直到该“写者”完成数据访问为止。试用P、V操作正确实现“读者”与“写者”的同步。（第二类读者写者问题，信号量解决方法）
分析： ① 约束：
a)写者与写者之间需要互斥访问；
b)读者与写者之间需要互斥；（有一个读者在读就让写者等待），因此，此时需要一个计数变量记录读者的数量。c)允许多个读者同时读数据；
d)一旦有“写者”等待时，新到达的“读者”必须等待，直到该“写者”完成数据访问为止。
② 建立进程 Write: Repeat 执行读操作 Until false;Read: Repeat 执行写操作； Until false;③ 设置信号量
a)设置互斥信号量mutex=1实现写者与写者之间的互斥访问； Write: Repeat
Wait(mutex)
执行读操作；
Signal(mutex);Until false;
b)实现读者与写者之间的互斥，设置整型变量readcount=0记录读者数量，if readcount==1 then wait(mutex)Read： Repeat readcount++;if(readcount==1)wait(mutex);
执行读操作；
readcount--;if(readcount==0)signal(mutex);
until false;由于readcount 是共享变量，所以读者之间要互斥访问，因此设置一个互斥信号量rmutex=1.Read： Repeat Wait(rmutex)readcount++;if(readcount==1)wait(mutex);signal(rmutex)执行读操作； Wait(rmutex)readcount--;if(readcount==0)signal(mutex);signal(rmutex)until false;
c)要想实现d）的互斥，需让读者和写者再共享一个互斥信号量s，因此设置互斥信号量s=1，一旦有写者等待时，就wait（s）让读者等待。Write: Repeat wait(wmutex);writecount++;if(writecount==1)wait(s);signal(wmutex);
Wait(mutex)
执行读操作；
Signal(mutex);
wait(wmutex);writecount--;if(writecount==0)signal(s);signal(wmutex);
Until false;Read：
Repeat
Wait(s);Wait(rmutex)readcount++;if(readcount==1)wait(mutex);signal(rmutex)signal(s);执行读操作； Wait(rmutex)readcount--;if(readcount==0)signal(mutex);signal(rmutex)until false;
④ 完整代码 Proce reader(){ while(1)
{ wait(s);wait(rmutex);if(readcount==0)wait(mutex);readcount++;signal(rmutex);signal(s);
perform read operation;
wait(rmutex);readcount--;if(readcount==0)signal(mutex);signal(rmutex);} } Proce writer(){ while(1)
{ wait(wmutex);writecount++;
if(writecount==1)wait(s);signal(wmutex);
wait(mutex);perform write operation;signal(mutex);
wait(wmutex);writecount--;if(writecount==0)signal(s);signal(wmutex);} } Main(){ cobegin
{ reader();
writer();
} }
1、在公共汽车上，司机和售票员的工作流程如图所示。为保证乘客的安全，司机和售票员应密切配合协调工作。请用信号量来实现司机与售票员之间的同步。
司机 售票员 启动车辆 关车门 正常行车 售票 到站停车 开车门
图
司机和售票员工作流程图
【答案】
设置两个资源信号量：S1、S2。S1表示是否允许司机启动汽车，其初值为0；S2表示是否允许售票员开门，其初值为0.semaphoere S1=S2=0;void Driver(){
while(1)
{
wait(S1);
启动车辆；
正常行车；
到站停车；
signal(S2);
} } void Busman(){
while(1)
{
关车门；
signal(S1)；
售票；
wait(S2)；
开车门；
}
} main(){
cobegin{
Driver();
Busman();
} } 2.桌子上有一只盘子，盘子中只能放一只水果。爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放橘子，一个儿子专等吃盘子中的橘子，一个女儿专等吃盘子中的苹果。用PV操作实现他们之间的同步机制。
【答案】
信号量S用来实现盘子的互斥访问，S1表示盘子中苹果个数，S2表示盘子中橘子的个数。
semaphore S=1,S1=S2=0;void father(){
while(1)
{
准备苹果;
wait(S);
将苹果放在盘子内；
signal(S1);
} } void mother(){
while(1)
{
准备橘子;
wait(S);
将橘子放在盘子内；
signal(S2);
} } void daughter(){
while(1)
{
wait(Sl);
从盘子里拿走苹果；
signal(S);
吃苹果;
} } void son(){
while(1)
{
wait(S2);
从盘子里拿走橘子；
signal(S);
吃橘子;
} } main(){
cobegin{
father();
mother();
daughter();
son();
} }
3.a，b两点之间是一段东西向的单行车道，现要设计一个自动管理系统，管理规则如下：（1）当ab之间有车辆在行驶时同方向的车可以同时驶入ab段，但另一方向的车必须在ab段外等待；
（2）当ab之间无车辆在行驶时，到达a点（或b点）的车辆可以进入ab段，但不能从a点和b点同时驶入；
（3）当某方向在ab段行驶的车辆驶出了ab段且暂无车辆进入ab段时，应让另一方向等待的车辆进入ab段行驶。
请用信号量为工具，对ab段实现正确管理以保证行驶安全。【答案】
此题是读者-写者问题的变形。设置3个信号量S1、S2和Sab，分别用于从a点进入的车互斥访问共享变量ab（用于记录当前ab段上由a点进入车辆的数量），从b点进入的车互斥访问共享变量ba（用于记录当前ab段上由b点进入车辆的数量）和a、b点的车辆互斥进入ab段。3个信号量的初值分别为1、1和1，两个共享变量ab和ba的初值分别为0、0。
semaphore S1=1,S2=1,Sab=1;int ab=ba=0;void Pab(){
while(1)
{
wait(S1);
if(ab==0)
wait(Sab);
ab=ab+1;
signal(S1);
车辆从a点驶向b点;
wait(S1);
ab=ab-1;
if(ab==0)
signal(Sab);
signal(S1);
} } void Pba(){
while(1)
{
wait(S2);
if(ba==0)
wait(Sab);
ba=ba+1;
signal(S2);
车辆从b点驶向a点;
wait(S2);
ba=ba-1;
if(ba==0)
signal(Sab);
signal(S2);
} } main(){
cobegin{
Pab();
Pba();
} }
4.将只读数据的进程称为“读者”进程，而写或修改数据的进程称为“写者”进程。允许多个“读者”同时读数据，但不允许“写者”与其他“读者”或“写者”同时访问数据。另外，要保证：一旦有“写者”等待时，新到达的“读者”必须等待，直到该“写者”完成数据访问为止。试用P、V操作正确实现“读者”与“写者”的同步。（第二类读者写者问题，信号量解决方法）
【答案】
为了使写者优先，可在原来的读优先算法的基础上增加一个互斥信号量s，初值为1，使得当至少有一个写者准备访问共享对象时，它可以使后续的读者进程等待；
整型变量writecount，初值为0，用来对写者进行计数；
互斥信号量wmutex，初值为1，用来实现多个写者对writecount进行互斥访问。Proce reader(){ while(1)
{ wait(s);wait(rmutex);if(readcount==0)wait(mutex);readcount++;signal(rmutex);signal(s);
perform read operation;
wait(rmutex);readcount--;if(readcount==0)signal(mutex);signal(rmutex);
} } Proce writer(){ while(1)
{ wait(wmutex);if(writecount==0)wait(s);writecount++;signal(wmutex);
wait(mutex);perform write operation;signal(mutex);
wait(wmutex);writecount--;if(writecount==0)signal(s);signal(wmutex);} } Main(){ cobegin
{ reader();
writer();
} }
5.一条河上架设了由若干个桥墩组成的一座桥。若一个桥墩只能站一个人，过河的人只能沿着桥向前走而不能向后退。过河时，只要对岸无人过，就可以过。但不允许河对岸的两个人同时过，以防止出现死锁。请给出两个方向的人顺利过河的同步算法。
【答案】
信号量s：互斥使用桥，初值为1 信号量scount1：对方向1上过河人计数器count1的互斥使用，初值为1 信号量scount2：对方向2上过河人计数器count2的互斥使用，初值为1 信号量scount：代表桥上过河人的计数信号量，初值为桥墩个数N 变量count1：方向1上过河人计数器
变量count2：方向2上过河人计数器 Semaphore s, scount1, scount2, scount;int count1, count2;s=1;scount1=1;scount2=1;scount=N;count1=0;count2=0;
void direct1(int i){ wait(scount1);if(count1==0)
wait(s);count1++;signal(scount1);
wait(scount);
上桥，过桥，下桥； signal(scount);
wait(scount1);count1--;if(count1==0)
signal(s);signal(scount1);}
void direct2(int i){ wait(scount2);if(count2==0)
wait(s);count2++;signal(scount2);
wait(scount);上桥，过桥，下桥； signal(scount);
wait(scount2);count2--;if(count2==0)
signal(s);signal(scount2);} main(){
cobegin{
direct1(1);
…
direct1(n);
direct2(1);
…
direct2(m);
} }
6、有一个仓库，可以存放A和B两种产品，但要求：（1）每次只能存入一种产品（A或B）；（2）-N＜A产品数量－B产品数量＜M。其中，N和M是正整数。试用同步算法描述产品A与产品B的入库过程。
【答案】
A产品的数量不能比B产品的数量少N个以上，A产品的数量不能比B产品的数量多M个以上．
设置两个信号量来控制A、B产品的存放数量，sa表示当前允许A产品比B产品多入库的数量（当前允许A产品入库数量），即在当前库存量和B产品不入库的情况下，还可以允许sa个A产品入库；
sb表示当前允许B产品比A产品多入库的数量（当前允许B产品入库数量），即在当前库存量和A产品不入库的情况下，还可以允许sb个B产品入库。
初始时，sa为M一1，sb为N一1。当往库中存放入一个A产品时，则允许存入B产品的数量也增加1;当往库中存放入一个B产品时，则允许存入A产品的数量也增加1。
semaphore mutex=1，sa=M-1，sb=N-1;proce puta(){ while(1)
{ 取一个产品；
wait(sa);wait(mutex);将产品入库；
signal(mutex);signal(sb);}
} proce putb(){ while(1)
{ 取一个产品；
wait(sb);wait(mutex);将产品入库；
signal(mutex);signal(sa);
} } main(){ cobegin{ puta();putb();} }
