操作系统 第3章 进程管理 PV操作专题

PC( ) { while(1) { P(full2); 从缓冲池2中取出一件产品； V(empty2); } }
例7：两个山崖间有一根铁索，山崖两边 各有一群猴子，任何时候同时只能有一个方向 的猴子通过铁索。使用P、V操作写出山崖两边 的猴子过铁索的算法。
解答：一个山上的猴子就是一群读者， 第二个山上的猴子为另一群读者，两群读者 互斥使用铁索。设信号量waymutex表示山两边 的猴子对铁索的互斥共享，初值为1；设 m1count和m2count表示对两边猴子的记数，其 初值为0；设m1mutex 和m2mutex表示两群猴子 中各猴子互斥访问记数变量的信号量，初值都 为1，其同步与互斥的算法如下：
解法1： （1）因阅览室有100个座位可容纳100个读 者同时阅读，基于这种并行性，因此可为每一 个读者设立一个进程。因为任何读者进出阅览 室都做相同的工作（登记阅读和取消登记）。 所以对于100个读者进程可以共同对应一个程 序。此程序功能是入室时查表登记，入室阅读 和离室时查表取消登记。
（2）设置信号量（S位）来表示空座位个 数，初值为100，用来控制进入阅览室的读者 进程个数不超过100。 设置信号量（S表）来 表示被共享的登记表这一临界资源。初值为1， 用来防止两个以上读者进程同时查表。 每个进程和其他进程之间的同步关系如下：
son() { while(1) { p(apple); p(mutex) take apple; v(mutex); v(place); } }
daughter() { while(1) { p(orange); p(mutex) take orange; v(mutex); v(place); } }
A边进程( ) ｛到隧道口 P(SA) countA= countA+ 1 if (countA==1) P(mutex) V(SA) 进隧道 ．．．．．． 出隧道 P(SA) countA= countA－1 if (countA==0) V(mutex) V(SA) }
B边进程( ) ｛到隧道口 P(SB) countB= countB+ 1 if (countB==1) P(mutex) V(SB) 进隧道 ．．．．．． 出隧道 P(SB) countB= countB－1 if (countB==0) V(mutex) V(SB) }
更进一步的考虑：
当令一边有人等
待时，能否规定每边
能跟进的最多人
COBEGIN PROCESS PI(I=1，2，……) begin ； 进入售票厅； 购票； 退出； end； COEND (3)若欲购票者最多为n个人，写出信号量 可能的变化范围(最大值和最小值)。
解答： (1)定义一信号量S，初始值为20。 意义： S>0 S的值表示可继续进入售票厅的人数 S=0 表示售票厅中已有20名顾客(购票者) S<0 |S|的值为等待进入售票厅的人数 (2)上框为P(S),框为V(S) (3)S的最大值为20,S的最小值为20－n 注：信号量的符号可不同(如写成t)，但使用 时应一致(即上述的s全应改成t)。
例3.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，则厅外的购票者可立即进入，否则需在外 面等待。若把一个购票者看作一个进程，请回 答下列问题： (1)用PV操作管理这些并发进程时，应怎 样定义信号量，写出信号量的初值以及信号量 各种取值的含义。 (2)根据所定义的信号量，把应执行的PV 操作填入下述方框中，以保证进程能够正确地 并发执行。
例2：思考题
西
东
★
☆☆☆
过隧道的问题
mutex B SB SA A
思想： 每边的第一个进程抢互斥信号灯，后边的进 程跟进; 每边的最后一个进程释放互斥信号灯。 问题：要计数，而且计数时应互斥；
程序描述 : main( ) { mutex=1 /*互斥信号灯 SB=1； /*B边计数互斥信号灯 SA=1； /*A边计数互斥信号灯 countA= 0； countB= 0； cobegin while (A边还有人) { A进程( ) }； while (B边还有人) { B进程( ) }； coend }
PB( ) {while(1) { p(full1); p(mutex1); 从缓冲区1中读出一个文件记录； v(mutex1); v(empty1); p(empty2); p(mutex2); 将一个记录读入缓冲区2； v(mutex2)； v(full2); } }
PC( ) {while(1) { p(full2); p(mutex2); 从缓冲池2读出一个文件记录打印； v(mutex2); v(empty2); } }
main( ) { cobegin PA( ); PB( ); PC( ); Coend }
PA( ) { while(1) { 生产一件产品； P(empty1); 将一件产品放入缓冲池1； V(full1); } }
PB( ) { while(1) { P(full1); 从缓冲池1中取出一件产品； V(empty1); P(empty2); 将一件产品放入缓冲池2； V(full2); } }
请写出输入进程、作业调度进程、作业处 理进程之间的同步算法。 提示： （1）输入进程与作业调度进程的同步算法 用P、V原语写出。 （2）作业调度进程与作业处理进程的同步 算法用消息缓冲通讯原语写出。
解答： （1）输入进程和调度进程要共享作业后备 队列（临界资源），因此设置一个后备队列公 有信号量S队，用于保证两个进程对队列的互 斥存取。其初值为1。另外，输入进程与调度 进程必须同步，因此设置一个调度进程私有信 号量S计，用于表示队列中JCB的个数，其初值 为0。
int empty1=m; int empty2=n; int full1=0; int full2=0; int mutex1=1; int mutex2=1; main() { PA(); PB(); PC(); }
PA( ) {while(1) { 从磁盘读出一个文件记录； p(empty1); p(mutex1); 将一个文件记录读入缓冲池1； v(mutex1); v(full1); } }
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• • • • • • • 第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第8章 第9章 绪论 操作系统用户界面 进程管理 处理机调度 存储管理 文件系统 设备管理
例1： 有一个阅览室，读者进入时必须先 在一张登记表上进行登记，该表为每一座位列 一表目，包括座号和读者姓名，读者离开时， 要删掉登记的信息，阅览室共有100个座位， 试问： （1）为描写读者动作，应编写几个程序， 应设置几个进程？进程与程序间关系如何？ （2）试问P、V操作写出这些进程间的同步 算法。
解法2： （1）将读者入室查表登记和离室查表取消 登记各编一个程序，这样每个读者需设两个进 程，分别执行入室和离室程序。 （2）原设信号量S位为座位入室进程私有 信号量，增设离室进程私有信号量S人---入室 读者数，初值为0，这时进程间的同步关系如 下：
例2.设有一个作业流自动处理系统，其处 理过程是： （1）只要卡片机上有作业，作业输入进程 就把卡片机上的作业信息逐个地输入到后缓存 储器，并建立后备作业队列。 （2）当内存无作业运行时，作业调度进程 从后备作业队列中挑选一个作业，把该作业信 息从后缓存储器调入内存。 （3）作业处理进程负责处理已调入内存的 作业。
monkeygroup2( ) { while(1) {P(m2mutex); if m2count=0 then P(waymutex); m2count=m2count+1; V(m2mutex) …… P(m2mutex); m2count=m2count-1; if m2count=0 then V(waymutex); V(m2mutex) } }
（2）调度就能成先向处理进程“发信”， 请求处理作业，然后等待处理进程处理完毕的 回答。“等待回答”（“接收”）保证了处理 进程未处理完一个作业之前，调度进程不再调 度新作业。 处理进程首先要等待调度进程的 处理要求，（收信）才能进行作业处理。当作 业处理完毕后，处理进程应“发信”回答调度 进程，使之再调度下一作业。 它们之间的关系如下所示：
int int int
waymutex=1; m1mutex=1, m2mutex=1; m1count=0, m2count=0;
main( ) { cobegin monkeygroup1( ); monkeygroup2( ); coend }
monkeygroup1( ) { while(1) {P(m1mutex); if m1count=0 then P(waymutex); m1count=m1count+1; V(m1mutex) …… P(m1mutex); m1count=m1count-1; if m1count=0 then V(waymutex); V(m1mutex) } }
例5：三个进程PA、PB和PC协作解决文件 打印问题：PA将文件记录从磁盘读入主存的缓 冲区1，每执行一次读一个记录；PB将缓冲区1 的内容读出并读入到缓冲区2，每执行一次读 出并读入一个记录；PC将缓冲区2的内容打印 出来，每执行一次打印一个记录。缓冲区1的 大小和m个记录大小一样，缓冲区2的大小和n 个记录大小一样。请用P、V操作来保证文件的 正确打印。
例6：有三个进程A、B、C，其中A与B构成 一对生产者和消费者，共享一个由n个缓冲区 块组成的缓冲池1；B与C也构成一对生产者与 消费者，共享另一个由m个缓冲块组成的缓冲 池2。用P、V操作描述它们之间的同步关系。
解答： 设置四个信号量empty1、empty2、 full1和full2，其同步关系描述如下： int empty1=n; /*表示缓冲池1中的空缓冲 区数*/ int empty2=m; /*表示缓冲池2中的空缓冲 区数*/ int full1=0; /* 表示缓冲池1中装满产品 的缓冲区数*/ int full2=0; /* 表示缓冲池2中装满产品 的缓冲区数*/