进程同步经典问题
进程同步模拟设计——司机和售票员问题
题目: 进程同步模拟设计——司机和售票员问题⑴需求分析；本程序的功能是模拟公车的司机和售票员的开门以及行车的过程，其实也就是一个典型的进程同步互斥问题，其中主要的两点是1：司机开车的时候，售票员不能开门，（这里体现的是进程的互斥问题）车停之后，由司机通知售票员开门（这里体现的是进程的同步问题）；2：车门开着的时候，司机不能开车，等售票员把车门关上之后，由售票员通知司机开车。
⑵功能设计（数据结构及模块说明）；本程序的设计原理比较简单，就是两大部分，一是司机的行车操作过程，另一个是售票员的开车门和关车门（以及售票，本程序不讨论售票过程）的过程。
现在来说明如何具体实现司机开车和售票员售票的相关过程。
首先，设置2个私有信号量，分别是司机和售票员的。
其中，司机的私有信号量设置为sj，其初始值为0；售票员的私有信号量为spy，其初始值为1；以上的初值表示的是司机和售票员的行车和开关车门的一个具体初始状态，具体的说也就是当车子停着，车门开着的时候的状态，此时，司机不能开车，只有当售票员售完票之后，通知司机才可以。
用操作系统书上的方法写出的流程图如下：司机售票员这样一来的话，仿照书上的P，V操作，实现司机和售票员之间的同步的过程如下：beginsj,spy;semaphore //设置司机和售票员的私有信号量；sj=0;spy=1; //设置初始值；cobeginprocess 司机 //司机的操作过程；beginL1:P(sj);启动车辆；正常行驶；到站停车；V(spy);goto L1;end;process 售票员 //售票员的操作过程；beginL2:P(spy);开车门；关车门；V(sj);售票；goto L2;end;coend;end;⑶开发平台及源程序的主要部分；根据以上的原理，再结合自己所学的程序开发语言，最后得出：本程序的开发平台是c++平台，其中源程序的代码如下：#include<iostream>using namespace std;int spy=1, sj=0; //信号量的定义，spy是售票员的私有信号量，sj 是司机的私有信号量。
OS进程同步(信号量典型题)
例题1（北京大学1999年）有一个仓库，可以存放A和B两种产品，仓库的存储空间足够大，但要求：(1)一次只能存人一种产品（(A或B);(2)一N< A产品数量一B产品数量＜M其中，N和M是正整数。
试用“存放A’和‘存放B’以及P操作和V操作描述产品A和产品B的人库过程。
解答：应先将表达式转换成制约条件，不可在程序中直接使用该表达式将表达式分解为：B产品数量—A产品数量<NA产品数量—B产品数量＜M可这样理解：(1)若只放人A产品，而不放入B产品，则A产品最多可放M—1次便被阻塞，即A进程每操作一次就应当将计数器减1（计数器初值为M—1），当计数器值为0时，进程程A被阻塞；每当放入一个B产品，则可令A产品的计数器增加1，表明A产品可以多一次放入产品的机会；同理，(2)若只放人B产品，而不放入A产品，则B产品最多可；放N一1次便被阻塞，即A进程每操作一次就应当将计数器减1（计数器初值为N—1）。
当计数器值为0时，进程B被阻塞；每当放人一个A产品，则可令B产品的计数器增加1，表明B产品可以多一次放入产品的机会。
由此可见，该问题是一个同步控制问题。
又因为一次仅允许一种产品人库，设置信号量mutex控制粮进程互斥访问临界资源（仓库）。
过程如下：beginmutex:＝1;Sa := M-1;Sb := N-1；ParbeginA产品beginrepeatP (Sa)；P (mutex)；A人库；V (mutex)；V (Sb)；Until false;End;B产品beginrepeatP (Sb)；P (mutex)；B人库；V (mutex)；V (Sa)；Until false;End;rend;例题2（华中理工大学1999年试题）设公共汽车上，司机和售票员的活动分别是：司机：售票员：启动车辆上乘客正常行车关车门到站停车售票开车门下乘客在汽车不断地到站，停车，行驶过程中，这两个活动有什么同步关系？并用信号灯的P, V操作实现它们的同步。
进程同步模拟设计——哲学家就餐问题
课程设计题目进程同步模拟设计—哲学家就餐学院计算机科学与技术专业计算机科学与技术班级计算机姓名指导教师20011 年 1 月19 日需求分析1.1问题描述有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心粉，每人面前有一只空盘子，每两人之间放一只筷子，即共5只筷子。
每个哲学家的行为是思考和进餐。
为了进餐，每个哲学家必须拿到两只筷子，并且每个人只能直接从自己的左边或右边去取筷子。
思考时则同时将两支筷子放回原处（此图中以叉子代表筷子）规则：只有拿到两只筷子时，哲学家才能吃饭；如果筷子已经在他人手上，则该哲学家必须等到他人吃完之后才能拿到筷子；任何一个哲学家在自己没有拿到两只筷子吃饭之前，决不放下自己手中的筷子。
由此出现的问题：可能出现死锁问题，因为当五个哲学家都饥饿时，都拿着一支筷子，这样就可能五个哲学家都用不上餐1.2问题分析该问题可用记录型信号量或者是AND型信号量解决。
记录型信号量解决：经分析可知，放在桌子上的筷子是临界资源，在一段时间内只允许一位哲学家使用，为了实现对筷子的互斥使用，可以用一个信号量表示一只筷子，由这五个信号量组成信号量数组。
当哲学家饥饿时总是先拿其左边的筷子，成功后，再去拿右边的筷子，又成功后方可就餐。
进餐完，又先放下他左边的筷子，再放下右边筷子。
这个算法可以保证不会有两个相邻的哲学家同时就餐，但有可能引起死锁。
AND型信号量解决：在哲学家就餐过程中，要求每个哲学家先获得两个临界资源后方能就餐，这在本质上就是AND同步问题，故用AND信号量机制可获得最简洁的解法。
1.3解决方法对于死锁问题可采取这样的几种解决方法：(1)至多只允许四个哲学家同时进餐，以保证至少有一个哲学家可以进餐，最终总会释放出他所用过的两只筷子，从而可使更多的哲学家进餐；(2)仅当左右两只筷子均可用时，才允许哲学家拿起筷子就餐(3)规定奇数号哲学家先拿起右边筷子，然后再去拿左边筷子，而偶数号哲学家则相反。
(4)把筷子顺序编号 fk0, fk1, fk2, fk3, fk4，给每个哲学家分配筷子时，必须依从小号到大号（或者相反顺序）进行。
经典进程同步问题
一、利用记录型信号量
解决哲学家进餐问题
假设每一位哲学家拿筷子的方法都是：先 拿起左边的筷子，再拿起右边的筷子，则第i 位哲学家的活动可描述为：
20
第i位哲学家的活动可描述为： repeat wait(chopstick[i]); wait(chopstick[i+1] mod 5); …. eat; …. signal(chopstick[i]); signal(chopstick[i+1] mod 5); …. think; until false;
full:=full - 1; if full <0 then block; mutex:=mutex-1; if mutex<0 then block; mutex:=mutex+1; if mutex<=0 then wakeup; empty:=empty+1; if empty<=0 then wakeup;
9
Wait操作不能颠倒！！ P：wait(empty) wait(mutex)
C：wait(full) wait(mutex)
如果颠倒 P：wait(mutex) mutexl.value=0 wait(empty) 如果此时缓冲池满empty=－1，P阻塞 C：wait(mutex) mutex.value=－1， C阻塞 wait(full) P阻塞在empty队列中，等待一个空缓冲 C阻塞在mutex队列中，等待公共缓冲池访问权
6
consumer：//消费者进程 begin repeat wait(full); wait(mutex); nextc:=buffer[out]; out∶=(out+1) mod n; signal(mutex); signal(empty); 消费这件产品; until false; end
进程同步与通信作业习题与答案
第三章一.选择题（50题）1.以下_B__操作系统中的技术是用来解决进程同步的。
A.管道B.管程C.通道2.以下_B__不是操作系统的进程通信手段。
A.管道B.原语C.套接字D.文件映射3.如果有3个进程共享同一程序段，而且每次最多允许两个进程进入该程序段，则信号量的初值应设置为_B__。
4.设有4个进程共享一个资源，如果每次只允许一个进程使用该资源，则用P、V 操作管理时信号量S的可能取值是_C_。
,2,1,0,-1,1,0,-1,-2C.1,0,-1,-2,-3,3,2,1,05.下面有关进程的描述，是正确的__A__oA.进程执行的相对速度不能由进程自己来控制B.进程利用信号量的P、V操作可以交换大量的信息C.并发进程在访问共享资源时，不可能出现与时间有关的错误、V操作不是原语操作6.信号灯可以用来实现进程之间的_B_。
A.调度B.同步与互斥C.同步D.互斥7.对于两个并发进程都想进入临界区，设互斥信号量为S,若某时S=0,表示_B__0A.没有进程进入临界区8.有1个进程进入了临界区C.有2个进程进入了临界区D.有1个进程进入了临界区并且另一个进程正等待进入8.信箱通信是一种_B__方式A.直接通信B.间接通信C.低级通信D.信号量9.以下关于临界区的说法，是正确的_CA.对于临界区，最重要的是判断哪个进程先进入B.若进程A已进入临界区，而进程B的优先级高于进程A,则进程B可以打断进程A而自己进入临界区C.信号量的初值非负，在其上只能做PV操作D.两个互斥进程在临界区内，对共享变量的操作是相同的10.并发是指_C__。
A.可平行执行的进程B.可先后执行的进程C.可同时执行的进程D.不可中断的进程11.临界区是_C__。
A.一个缓冲区B.一段数据区C.一段程序D.栈12.进程在处理机上执行，它们的关系是_C_。
A.进程之间无关，系统是封闭的B.进程之间相互依赖相互制约C.进程之间可能有关，也可能无关D.以上都不对13.在消息缓冲通信中，消息队列是一种__A_资源。
进程的同步与互斥
例题：选择题1、当一个进程独占处理器执行时，具有两个特性，即（）。
A、封闭性和可再现性B、独立性和可再现性C、开放性和可再现性D、顺序性和独立性2、对于两个并发进程，设互斥信号量为A，若A=0，则（）。
A、表示有一个进程进入临界区，另一个进程等待进入B、表示有两个进程进入临界区C、表示有一个进程进入临界区D、表示没有进程进入临界区3、进程并发执行时，执行结果与其执行的（）有关。
A、绝对速度B、时间C、速度D、相对速度4、造成进程结果不正确的因素与进程占用处理器的时间、执行的速度及外界的影响有关。
而这些因素都与时间有关，所以称为（）。
A、时间因素B、与时间有关的错误C、时间错误D、时间问题5、P、V操作是对（）进行操作。
A、信号量B、执行速度C、执行时间D、执行结果5、两个进程合作完成一个任务，在并发执行中，一个进程要等待其合作伙伴发来消息，或者建立某个条件后再向前执行，这种制约性合作关系被称为进程的（）。
A、调度B、执行C、同步D、互斥6、信号量被定义为一个整型变量，其初始值是（）。
A、0B、无任何限制C、负整数D、非负数填空题：1、并发进程间的关系可以是（）的，也可以是有（）的。
2、在用P、V操作实现同步时，一定要根据具体的问题来定义（）和调用（）。
3、每执行一次P原语操作，信号量s的数值减1，如果s>=0，该进程（）；若s<0，则（）该进程，并把它插入该（）对应的（）队列中，重新进行进程调度。
综合应用题1、假定有三个进程R、W1、W2共享一个缓冲器B，而B中每次只能存放一个数。
当缓冲器中无数时，进程R可将M输入设备上读入的数存放到缓冲器B中；若存放到缓冲器中的是奇数，则允许进程W1将其取出打印；若存放到缓冲器中的是偶数，则允许进程W2将其取出打印。
同时规定：进程R必须等缓冲器中的数被取出打印后才能再存放一个数；进程W1或W2对每次存入缓冲器中的数只能打印一次；W1和W2都不能从空的缓冲器中取数。
经典进程的同步问题之——生产者消费者
经典进程的同步问题之——⽣产者消费者1 、利⽤记录型信号量解决⽣产者——消费者问题假定在⽣产者和消费者之间的公⽤缓冲池，具有n个缓冲区，这时可利⽤互斥信号量mutex实现诸进程对缓冲池的互斥使⽤。
利⽤信号量empty和full分别表⽰缓冲池中空缓冲区和满缓冲区的数量。
只要缓冲区未满⽣产者便可将消息送⼊缓冲区，只要缓冲区未空消费者便可从缓冲区取⾛⼀个消息。
1 Var mutex,empty,full:semapthore:=1,n,0; // 声明互斥信号量mutex=1,n个空缓冲区,满缓冲区个数为02 buffer:array[0,1,...,n-1] of item;3in,out:integer:=0,0; // 输⼊、输出指针4 begin5 parbegin6 proceducer:begin7 repeat8 ...9 proceducer an item nextp; // ⽣产⼀个产品10 ...11 wait(empty); // 申请⼀个空缓冲区12 wait(mutex); // 申请⼀个临界资源使⽤权13 buffer(in):=nextp;// 将产品放⼊缓冲池中14in:=(in+1) mod n; // 输⼊指针向前移⼀个位置15 signal(mutex); // 释放临界资源16 signal(full); // 释放⼀个满缓冲区17 until false;18 end19 consumer:begin20 repeat21 wait(full); // 申请⼀个满缓冲区22 wait(mutex); // 申请⼀个临界资源使⽤权23 nextc:=buffer(out); // 从缓冲池取⾛⼀个产品24out:=(out+1) mod n; // 输出指针向前移⼀个位置25 signal(mutex); // 释放临界资源26 signal(empty); // 释放⼀个空缓冲区27 consumer the item in nextc;28 until false29 end30 parend31 end2、利⽤AND信号量解决⽣产者——消费者问题（看懂了上⾯的详细分析，下⾯的伪代码就容易理解多了）1 Var mutex,empty,full:semapthore:=1,n,0;2 buffer:array[0,...,n-1] of item;3in out:integer:=0,0;4 begin5 parbegin6 proceducer:begin7 repeat8 ...9 proceduce an item in nextp;10 ...11 Swait(empty,mutex); // 同时申请⼀个空缓冲区和临界资源使⽤权12 buffer(in):=nextp;13in:=(in+1)mod n;14 Ssignal(mutex,full); // 同时释放⼀个临界资源和满缓冲区15 until false16 end17 consumer:begin18 repeat19 Swait(full,mutex);20 Nextc:=buffer(out);21 Out:=(out+1)mod n;22 Ssignal(mutex,empty);23 consumer the item in nextc;24 until false;25 end26 parend27 end。
【转】进程同步之信号量机制（pv操作）及三个经典同步问题
【转】进程同步之信号量机制（pv操作）及三个经典同步问题上篇博客中（），我们对临界区，临界资源，锁机制详细解读了下，留下了⼀个问题，就是锁机制只能判断临界资源是否被占⽤，所以他解决了互斥问题，但是他不能确定前⾯的进程是否完成，所以他不能⽤于同步问题中。
下⾯就为你讲解信号量机制是如何解决这⼀问题的。
1.信号量机制信号量机制即利⽤pv操作来对信号量进⾏处理。
什么是信号量？信号量（semaphore）的数据结构为⼀个值和⼀个指针，指针指向等待该信号量的下⼀个进程。
信号量的值与相应资源的使⽤情况有关。
当它的值⼤于0时，表⽰当前可⽤资源的数量；当它的值⼩于0时，其绝对值表⽰等待使⽤该资源的进程个数。
注意，信号量的值仅能由PV操作来改变。
⼀般来说，信号量S³0时，S表⽰可⽤资源的数量。
执⾏⼀次P操作意味着请求分配⼀个单位资源，因此S的值减1；当S<0时，表⽰已经没有可⽤资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运⾏下去。
⽽执⾏⼀个V操作意味着释放⼀个单位资源，因此S的值加1；若S£0，表⽰有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒⼀个等待状态的进程，使之运⾏下去。
2.PV操作什么是PV操作？p操作（wait）：申请⼀个单位资源，进程进⼊经典伪代码wait(S){while(s<=0)<span style="white-space:pre"> </span>//如果没有资源则会循环等待；;S-- ;}v操作（signal）：释放⼀个单位资源，进程出来signal(S){S++ ;}p操作（wait）：申请⼀个单位资源，进程进⼊v操作（signal）：释放⼀个单位资源，进程出来PV操作的含义：PV操作由P操作原语和V操作原语组成（原语是不可中断的过程），对信号量进⾏操作，具体定义如下：P（S）：①将信号量S的值减1，即S=S-1；②如果S<=0，则该进程继续执⾏；否则该进程置为等待状态，排⼊等待队列。
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cobegin
{
process producer A
{ repeat
P(empty1)；
P(sa)；
P(mutex)；
buffer1[in1]：=A零件；
in1：=(in1+1) mod m；
V(mutex)；
V(sb)；
V(full1)；
untile false；
B1empty缓冲区B1空，初值1
B2full缓冲区B2满，初值0
B2empty缓冲区B2空，初值1
3、有一个阅览室，共有100个座位，读者进入时必须先在一张登记表上登记，该表为每一座位列一表目，包括座号和读者姓名等，读者离开时要消掉登记的信息，试用PV操作描述读者进程之间的同步关系。
算法的信号量有三个：seats——表示阅览室是否有座位（初值为100，代表阅览室的空座位数）；readers——表示阅览室里的读者数，初值为0；用于互斥的mutex，初值为1。
}பைடு நூலகம்
process producerB
{ repeat
P(empty2)；
P(sb)；
P(mutex)；
Buffer2[in2]：=B零件；
in2：=(in2+1) mod m；
V(mutex)；
V(sa)；
V(full2)；
untile false；
}
process take
{ repeat
P(full1)；
}
}
coend.
2、设有输入进程INPUT，缓冲区B1接纳输入内容。进程MAKER对B1中的内容加工后移送到B2。进程OUTPUT负责从B2中取出内容进行打印。设有一个无穷序列供INPUT输入，B1与B2的大小相同。请用PV过程写出三个进程同步工作的过程。
系统设置四个信号量：
B1full缓冲区B1满，初值0
读者进入阅览室的动作描述getin：
while(TRUE){
P (seats); /*没有座位则离开*/
P（mutex）/*进入临界区*/
填写登记表;
进入阅览室读书;
V（mutex）/*离开临界区*/
V（readers）
}
读者离开阅览室的动作描述getout：
while(TRUE){
P（readers）/*阅览室是否有人读书*/
1、有一个仓库可存放A、B两种零件，最大库容量各为m个。生产车间不断地取A和B进行装配，每次各取一个。为避免零件锈蚀，按先入库者先出库的原则。有两组供应商分别不断地供应A和B，每次一个。为保证配套和合理库存，当某种零件比另一种零件超过n(n<m)个时，暂停对数量大的零件的进货，集中补充数量少的零件。试用信号量与P、V操作正确地实现它们之间的同步关系。
P（mutex）/*进入临界区*/
消掉登记；
离开阅览室；
V（mutex）/*离开临界区*/
V（seats）/*释放一个座位资源*/
}
var empty1，empty2，full1，full2：semaphore；
mutex，sa，sb：semaphore；
in1，in2，out1，out2：integer；
buffer1，buffer2：array [0..m-1] of item；
empty1：=empty2：=m；
sa：=sb：=n；
P(full2)；
P(mutex)；
Take from buffer1[out1] and buffer2[out2]中的A、B零件；
out1：=(out1+1) mod m；
out2：=(out2+1) mod m；
V(mutex)；
V(empty1)；
V(empty2)；
把A和B装配成产品；
until false