操作系统第三章部分习题答案

一、3.5测验题

金鱼问题的代码3#，解决了喂鱼的问题

Peter:

(1)leave notePeter

(2)while (noteTracy) {

do nothing}

(3)if (noFeed) { feeDfish }

(4) remove notePeter

TRACY：

(5)leave noteTracy

(6)if (no notePeter) {

if (noFeed) {feed fish}}

(7)remove noteTracy

请结合这段代码和给出的语句标号，回答一下问题：

（1）在什么语句执行顺序下，TRACY可以喂鱼？

（2）如果PETER先贴纸条，是否鱼只能由PETER来喂?

(3) 如果TRACY先贴纸条，是否鱼只能由TRACY来喂？

（4）给出一种PETER喂鱼的语句执行顺序。

解答：（1）题目要求的语序，所以给出一种语句执行顺序即可。根据对题目的分析，5671234满足题意

（2）是的。原因在于，题目关键是语句1和语句6之间的顺序关系。如果1在6前，那么PETER喂，反之，TRACY喂。PETER先贴纸条，语句1肯定在5之前，同一个人的语句是顺序执行，那么1肯定也在6之前，所以必然是PETER喂。

（3）否。TRACY先贴纸条，只能说语句5在语句1之前，但不能保证6在1之前。比如5167234这种语序，TRACY先贴，但还是PETER喂。

（4）1234567

二、3.8测试第一题

现有一座独木桥，一次只允许一个人通过，请用信号量实现：）

答案：根据题意，相当于两侧进程互斥的访问独木桥，故设置整型信号量MUTEX=1

代码如下：

P左：

WAIT(MUTEX);

过桥；

SIGNAL(MUTEX)

P右：

WAIT(MUTEX);

过桥；

SIGNAL(MUTEX)

注意：不能只写一侧的代码，必须两侧都写，虽然代码一样

三、3.8测试第二题

现有一座独木桥，在有人过桥的情况下，允许同方向的N个人（包含在桥上的人）过桥，不同方向的人只能等待。请用信号量实现。

答案：考虑到题目要求同方向N人，定义信号量LA=N表示从左到右的容量，LB=N表示从右到左的容量。容量减少到0.则该方向不允许再过桥了

代码：

从左到右：

SWAIT（LA,1,1;LB,N,0）/能过桥需要同时满足两个条件：（1）左到右还有余量，用LA,1,1表示；对向无人过桥，用LB,N,0这个开关表示

过桥；

SSIGNAL(LA,1) / 释放LA余量

从右到左：

SWAIT（LB,1,1;LA,N,0）/能过桥需要同时满足两个条件：（1）右到左还有余量，用LB,1,1表示；对向无人过桥，用LA,N,0这个开关表示

过桥；

SSIGNAL(LB,1) / 释放LB余量

四、3.9测试第一题

现有一座南北方向的独木桥，请用信号量实现：桥上无人时，从南向北过桥，可N人同时过桥；桥上无人时，从北向南过桥，只能1人过桥

答案：根据题意，从南向北余量为N人，定义型号量LSN=N，表示南向北余量；北向南只能一人，为互斥信号量，定义MUTEX=1，表示北向南余量

解法1：正确代码

南向北：

SWAIT（LSN,1,1;MUTEX,1,0）/能过桥需要同时满足两个条件：（1）南向北还有余量，用LSN,1,1表示；对向无人过桥，用MUTEX,1,0这个开关表示

过桥；

SSIGNAL(LSN,1) / 释放LSN余量

北向南：

SWAIT（MUTEX,1,1;LNS,N,0）/能过桥需要同时满足两个条件：（1）北向南无人，用MUTEX1,1表示；对向无人过桥，用LSN,N,0这个开关表示

过桥；

SIGNAL(MUTEX) / 释放北向南

解法2：不采用信号量集模式（错误示例）

南向北：

WAIT(MUTEX,1,0) /北向南有人过河么？有人则开关关闭

WAIT(LSN,1,1) /南向北过河可有余量

过河；

SIGNAL(LSN)

北向南：

WAIT(LSN,N,0) /南向北有人过河么？有人则关闭开关

WAIT(MUTEX)；/北向南过河，一次一人

过河；

SIGNAL(MUTEX)；

请注意！！上述解法2有同学类似这么写过，看起来是对的，但是会出现以下问题：

考虑如下执行顺序

WAIT(MUTEX,1,0) /北向南有人过河么？有人则开关关闭

WAIT(LSN,N,0) /南向北有人过河么？有人则关闭开关

WAIT(LSN,1,1) /南向北过河可有余量

WAIT(MUTEX)；/北向南过河，一次一人

会发现开关其实没起到作用，为了避免这种情况出现，至少有一侧需要用信号量集

解法3：部分采用信号量集模式（错误代码）

南向北：

SWAIT(LSN,1,1；MUTEX,1,0) /北向南有人过河么？有人则开关关闭；南向北过河可有余量

过河；

SIGNAL(LSN)

北向南：

WAIT(LSN,N,0) /南向北有人过河么？有人则关闭开关

WAIT(MUTEX)；/北向南过河，一次一人

过河；

SIGNAL(MUTEX)；

上述解法3，也有同学这么写过，考虑如下语序：

WAIT(LSN,N,0) /南向北有人过河么？有人则关闭开关

SWAIT(LSN,1,1；MUTEX,1,0)

WAIT(MUTEX)；

开关又失效了！

可能有些同学说，我可以不用开关啊，SWAIT(LSN,1,1；MUTEX,1,0)这句修改为SWAIT(LSN,1,1；MUTEX,1,1)可以不，有些同学也是这么写的

WAIT(MUTEX)

WAIT(LSN,1,1)

这样会带来新的问题，MUTEX是一个锁，这么写的话，南向北也一次只能过一个了。。

五、3.9测试第二题

在读者写者问题中，请修改PPT上代码，使得写者能够按照排队的先后顺序进行写操作（在写者后面来的读者，不能进入阅览室），请用信号量实现。

答案：题目很明确的要求是修改代码了，所以不需要自己全部写了，红色部分为添加的内容var rmutex, wmutex，MUTEX: semaphore: =1,1,1; 设置锁

readcount:integer: =0;

begin

parbegin

reader: begin

repeat

SWAIT(MUTEX,1,0); /添加开关

wait(rmutex);

if readcount=0 then wait(wmutex);

readcount:=readcount+1;

signal(rmutex);

…

perform read operation

wait(rmutex);

readcount:=readcount-1;

if readcount=0 then signal(wmutex);

signal(rmutex);

until false;

end

writer: begin

repeat

WAIT(MUTEX); /关闭开关

wait(wmutex)

perform write operation;

signal(wmutex)

SIGNAL(MUTEX) /打开开关

until false;

end

parend

end

六、3.9测试第三题

某银行最多可容纳N名顾客，满员后超过的顾客只能等待。顾客进入银行后通过取号机进行取号，由银行工作人员进行叫号，提供服务。受疫情影响，银行只有一个工作人员。请用信号量实现之。（国家职业等级四级考试题目）

回答：分析下信号量的设置，最多容纳N名顾客，设置记录型信号量L=N表示容量；取号机取号，这个是互斥访问的，设置锁MUTEX=1控制取号机互斥访问；工作人员叫号需要有用户才能开展工作，设置记录型信号量CUSTOMER=0代表用户个数；只有一个工作人员，说明用户只能互斥访问，设置整型信号量MUTEX2=1代表一个营业员。

代码如下：

客户：

WAIT(L,1,1); /容量为N的控制

WAIT(MUTEX);

取号；

SIGNAL(MUTEX)；/互斥访问取号机

SIGNAL（CUSTOMER）；/有用户了，此处不要放在取号机代码内部，根据常识，肯定是离开了取号机才能获得服务的，信号量尽量不要交错

WAIT（MUTEX2）；/等待营业员空闲

获得服务；

SIGNAL(L); /服务完成，离开银行，此处应该是在用户代码实现，用户做完业务，也有在银行逗留的权利

营业员：

WAIT(CUSTOMER)；/等待用户，有用户才能提供服务

提供服务；

SIGNAL（MUTEX2）/服务完成，营业员空闲，叫号等待下一个用户