第二章补充习题

1、桌上有一只盘子，最多可容纳两个水果，每次只能放入或取出一个水果。

爸爸专向盘中放苹果，妈妈放专向盘中放桔子；两个儿子专等吃盘子中的桔子，两个女儿专等吃盘子中的苹果。

请用P、V操作来实现爸爸、妈妈、儿子、女儿之间的同步与互斥关系。

答：本题中需设置4个信号量，其中empty表示还可以向盘中放几个水果，其初值为2；apple对应已放入盘中的苹果，orange对应已放入盘中的桔子，它们的初值均为0；mutex 用来实现对盘子的互斥访问（包括放和取），其初值为1。

相应的进程可描述为：
father(){
while(1){
P(empty);
P(mutex);
向盘中放苹果;
V(mutex);
V(apple);
}
{
}
mother(){
while(1){
P(empty);
P(mutex);
向盘中放桔子;
V(mutex);
V(orange);
}
}
<
son (){ /* 两个儿子对应同一段代码*/
while(1){
P(orange);
P(mutex);
从盘中取桔子;
V(mutex);
V(empty);
吃桔子;
}
}
^
daughter(){ /* 两个女儿对应同一段代码*/
while(1){
P(apple);
P(mutex);
从盘中取苹果;
V(mutex);
V(empty);
吃苹果;
}
}
]
2、某招待所有100个床位，住宿者住入要先登记（在登记表上填写姓名及床位号），离去时要撤消登记（在登记表上删去姓名和床位号）。

请给出住宿登记及撤消登记过程的算法描述。

答：本题中，被住宿者竞争的资源主要有床位和住宿登记表两种，可分别为它们设置初值为100的信号量bed及初值为1的信号量mutex。

住宿登记过程的算法描述如下：P(bed);
P(mutex);
在登记表上填写姓名及床位号;
v(mutex);
撤消登记过程的算法描述如下：
P(mutex);
在登记表上删去姓名和床位号;
V(mutex);
|
V(bed);
3、一阅览室，读者进入阅览室必须先在一张登记表（TB）上登记，该表为每一座位设一个表目，读者离开时要消掉其登记信息，阅览室共有100个座位。

为了描述读者的动作，请用Pascal语言和P、V操作写出进程间的同步算法。

约定：
（1）flag的值：0座位空闲，1座位被占用。

（2）用语句i=getflag（0）可搜索到一个空座位i，用语句=0或1可给标志位赋值。

（3）用i=getname（readername）可搜索到某读者所登记的座位号i；用=0或=readername 可给姓名字段赋值，0表示消除读者姓名。

（4）计数信号量用count，互斥信号量用mutex。

答：本题中，读者要竞争座位、登记表两种资源，故可分别为它们设置初值为100的信号量count，以及初值为1的信号量mutex。

读者的动作可描述为：
reader(){
while(1){
￥
P(count); /* 申请一个座位*/
P(mutex); /* 申请登记表*/
i=getflag(0); /* 在登记表上搜索一个空座位*/
=1; /* 登记该座位已被占用*/
=readername; /* 登记读者姓名*/
V(mutex)；/* 释放登记表*/
进入阅览室，坐下并开始阅览；
P(mutex); /* 申请登记表*/
i=getname(readername); /* 在登记表上搜索读者登记的座位号*/
=0; /* 撤消登记信息*/
》
=0;
P(mutex); /* 释放登记表*/
V(count); /* 释放座位*/
离开阅览室；
}
}
4、某寺庙，有小和尚、老和尚若干。

有一水缸，有小和尚提水入缸供老和尚饮用。

水缸可容10桶水，水取自同一井中。

水井径窄，每次只能容一个桶取水。

水桶总数为3个。

每次入、取缸水仅为1桶，且不可同时进行。

试给出有关取水、入水的算法描述。

答：本题中需设置5个信号量：bucket对应临界资源水桶，初值为3；jar用来对水缸进行互斥操作，初值为1；full表示水缸中可以使用的水，初值为0；empty表示缸中还可入水的容量，初值为10；well用来保证互斥地使用水井，初值为1。

有关取水、入水的算法描述如下：
semaphore bucket=3,jar=1,full=0,empty=10,well=1;
%
little_monk(){ /* 小和尚入水算法*/
while(1){
P(empty);
P(bucket);
P(well);
从水井中打水；
V(well);
P(jar);
倒水入缸；
V(jar);
.
V(full);
V(bucket);
}
}
old_monk(){ /* 老和尚取水算法*/
while(1){
P(full);
P(bucket);
P(jar);
[
从缸中取水；
V(jar);
V(empty);
从桶中倒水饮用；
V(bucket);
}
}
5. 如图所示，三个合作进程P1、P2、P3，它们都需通过同一输入设备输入各自的数据a 、b 、c ，该输入设备必须互斥地使用，而且其第一个数据必须由P1进程读取，第二个数据必须由P2进程读取，第三个数据则必须由P3进程读取。

然后，三个进程分别对输入数据进行下列计算：
P1: x = a + b
P2: y = a * b
，
P3: z = y + c – a
最后，P1进程通过所连的打印机将计算结果x 、y 、z 的值打印出来。

请用信号量实现它们的同步。

图 P1、P2、P3的工作示意图
答：为了控制三个进程依次使用输入设备进行输入，需分别设置三个信号量S1、S2、S3，其中S1的初值为1，S2和S3的初值为0。

使用上述信号量后，三个进程不会同时使用输入设备，故不必再为输入设备设置互斥信号量。

另外，还需设置信号量Sb 、Sy 、Sz 来分别表示数据b 是否已经输入，以及y 、z 是否已计算完成，它们的初值均为0。

三个进程的动作可描述为：
P1：
P(S1);
从输入设备输入数据a ；
,
V(S2);
P(Sb);
x=a+b;
P(Sy);
P(Sz);
使用打印机打印出x 、y 、z 的结果；
P2：
P(S2);
从输入设备输入数据b ；
V(S3);
V(Sb);
y=a*b;
V(Sy);
P3:
P(S3);
P1 P2 P3
Non-preemptive input device Input(a)
Input(c) |
从输入设备输入数据c；P(Sy);
Z=y+c-a;
V(Sz);。