操作系统第4章习题课.docx

P127三、应用题：1另一个经典同步问题：吸烟者问题（patal,1971）。三个吸烟者在一间房间内，还有一个香烟供应者。为了制造并抽掉香烟，每个吸烟者需要三样东西：烟草、纸和火柴。供应者有丰富的货物提供。三个吸烟者中，第一个有自己的烟草，第二个有自己的纸，第三个有自己的火柴。供应者将两样东西放在桌子上，允许一个吸烟者进行对健康不利的吸烟。当吸烟者完成吸烟后唤醒供应者，供应者再放两样东西（随机地）在桌面上，然后唤醒另一个吸烟者。试采用信号量和P、V操作编写他们同步工作的程序。问题分析：供应者seller随即产生两样东西，提供它们，这里用普通变量来表示吸烟者进程smoker根据其排号不同，拥有不同的一件东西。假设1号吸烟者拥有烟草tobacco，2号吸烟者拥有纸paper，3号吸烟者拥有火柴match。其他号码错误返回。吸烟者的序号代表他们拥有的东西，用他们的序号和供应者产生的两样东西比较，如果都不相等，则说明他拥有的东西和供应者产生的东西匹配，它可以吸烟。如果其中一个相等，则退出，继续排队。mutex信号量代表一个只能进入的门，每次只有一个吸烟者可以进入进行比较和吸烟。每个吸烟者在吸烟完毕之后出门之前要叫醒供应者，调用seller进程。var s, S1, S2, S3; semaphore;S:=1; S1:=S2:=S3:=0;fiag1,flag2,fiag3:Boolean;fiag1:=flag2:=flag3:=true;cobegin process 供应者beginrepeat P(S);取两样香烟原料放桌上，由flagi标记； /flag1、flag 2、flag 3 代表烟草、纸、火柴if flag2&flag3 then V(S1); /供纸和火柴 else if flag1&fiag3 then V(S2); /供烟草和火柴 else V(S3); /供烟草和纸untile false;end process吸烟者1beginrepeatP(S1);取原料；做香烟； V(S);吸香烟；untile false;end process吸烟者2beginrepeatP(S2);取原料；做香烟； V(S);吸香烟；untile false;end process吸烟者3beginrepeatP(S3);取原料；做香烟；V(S);吸香烟；untile false;endcoend2在一个盒子里，混装了数量相等的围棋白子和黑子，现在要用自动分拣系统把白子和黑子分开。该系统设有两个进程P1和P2，其中P1拣白子，P2拣黑子。规定每个进程每次只拣一子，当一进程正在拣子时，不允许另一个进程去拣，当一进程拣了一子时，必须让另一进程去拣，试写出两个并发进程能正确执行的算法。分析：实质上是两个进程的同步问题，设信号量S1和S2分别表示可拣白子和黑子，不失一般性，若令先拣白子。var S1,S2:semaphore;S1:=1;S2:=0; Cobegin process P1beginrepeatP(S1);拣白子V(S2);until false;endprocess P2beginrepeatP(S2);拣黑子V(S1);until false;endcoend.3、一个餐厅有4类职员：（1）领班：接受顾客点菜（2）厨师：准备顾客的饭菜（3）打包工：将做好的饭菜打包（4）出纳员：收款并提交食品。分析：将这四类职员看成四类进程P1，P2，P3，P4，然后四类进程对两个变量进行操作，s1是点菜数量，s2是每道菜的状态，其值0表示菜做好，1表示菜做好了具体解答：定义三个信号量：s1点菜数量，初始值为0;s2菜的状态，初始值为0;s3包装状态，初始值为0;领班进程：while(true)顾客点菜;v（s1）; /此时表示有人点菜了厨师进程：while(true)p（s1）; /保证有人点菜之后才会准备菜准备饭菜;v（s2）;打包工进程：while(true)p(s2); /保证厨师做好饭菜才能准备包装包装好饭菜;v(s3);出纳员进程：while(true)p(s3); /保证包装好才能出纳收款并提交食品；如果考虑到必须完成一个顾客订单之后，才能接下一位顾客订单的话，那就可以增加一个控制变量s4(初始值为0)，在领班进程开始时，即“顾客点菜”之前进行v(s4)操作，在出纳员进程中增加v(s4)操作即可。4设有三组进程Pi、Qj、Rk,其中Pi、Qj构成一对生产者和消费者，共享一个由M1个缓冲区构成的循环缓冲池buf1。Qj、Rk构成另一对生产者和消费者，共享一个由M2个缓冲区构成的循环缓冲池buf2。如果Pi每次生产一个产品投入buf1，Qj每次从中取两个产品组装后成一个并投入buf2，Rk每次从中取三个产品包装出厂。试用信号量和P、V操作写出它们同步工作的程序。var mutex1 , mutex2 , mutex3 : semaphore;empty1 , empty2 , full1 , full2 ; semaphore ;in1 , in2 , out1 , out2 : integer ; counter1 , counter2:integer ;buffer1:array0M1-1 of item ; buffer2:array0M2-1of item ;empty1:=M1 ; empty:=M2;in1 : = in2 :=out1:=out2:=0 ; counter1:=counter2:=0 ;fun1:=full2:mutex1:=mutex2:=mutex3:=1;cobeginprocess PibeginL1:P(empty1) ;P(mutex1 ) ;put an item into buffer in1 ;in1:=(in1+1) mod M1 ;counter+;if counter1 = 2 then counter1:=0;V(full1);V(mutex) ;goto L1;endprocessQjbeginL2:P ( full2) ;P ( mutex1 ) ;take an item from buffer1out1;out1:=(out1+1) mod M1;take an item from buffer1out1 ;out1:=(out1 + 1) mod M1 ;V ( mutex1 ) ;V ( empty1 ) ;V ( empty1 ) ;Process the products ;P ( emPty2) ;P ( mutex2 ) ;put an item into buffer2 in2 ;in2:=( in2 + l ) mod M2 ;counter2 + + ;if counter2 = 3 then counter2:=0 ;V( full2 ) ; V ( mutex2) ;goto L2 ;processRkbegin L3 :P ( full2 ) ;P ( mutex2 ) ;take an item from buffer2 out2;out2: = ( out2 + 1 ) mod M2 ;take an item from buffer2 out2 ;out2:=( out2 + 1) mod M2 ;take an item from buffer2 out2;out2:=(out2 + 1 ) mod M2 ;V( mutex2 ) ;V ( empty2 ) ;V ( empty2 ) ;V ( empty2 ) ;packet the products ;goto L3 ;endCoend6某一游览胜地,有一天然隧道,隧道内只允许一人通过。为使双方游人都有机会通过,规定当同一方向经过一人后就交替地改变方向，让另一个游人通过，要想进入隧道的人在隧道口排队等待，试用信号量与P、V操作编写游人到达隧道口，通过隧道并从另一端隧道口离开的程序。将隧道的两个方向分别标记为A和B；并设置三个初值都1信号量：SA用来实现对从A到B通行，SB用来实现从B到A通行，mutex用来实现两个方向的行人对隧道的互斥使用。则具体描述如下：VarSA,SB,mutex:semaphore:=1,0,1;BeginParbeginprocess A: begin P(SA);P(Mutex);过隧道；V(mutex); V(SB);endprocess B: begin P(SB)P(Mutex);过隧道；V(mutex); V (SA);end7. 有P1、P2、P3三个进程共享一个表格，P1对F只读不写，P2对F只写不读，P3对F先读后写。进程可同时读F，但有进程写时，其他进程不能读和写。用(1)信号量和P、V操作编写三进程能正确工作的程序。分析：这是读-写者问题的变种。其中，P3既是读者又是写者。读者与写者之间需要互斥，写者与写者之间需要互斥，为提高进程运行的并发性，可让读者尽量优先。varrmutex,wmutex:semaphore;rmutex:=wmutex:=1; count:integer;count:=0; cobegin process P1begin repeatP(rmutex);count:=count+1;if count=1 then P(wmutex); V(rmutex); Read F; P(rmutex);count:=count-1;if count=0 then V(wmutex); V(rmutex); untile false; end process P2begin repeatP(wmutex); Write F; V(wmutex);untile false;process P3begin repeatP(rmutex);count:=count+1;if count=1 then P(wmutex); V(rmutex); Read F; P(rmutex);count:=count-1;if count=0 then V(wmutex); V(rmutex); P(wmutex); Write F; V(wmutex); untile false; end coend，