p v操作
3．下图给出了四个进程合作完成某一任务的前趋图，试说明这四个进程间的同步关系并用P、V操作描述它。
解：上图说明任务启动后Sl先执行。当S1结束后，S2、S3可以开始执行。S2、S3完成后，S4才能开始执行。为了确保这一执行顺序，设三个同步信号量b2、b3、b4分别表示进程S2、S3、S4是否可以开始执行，其初值均为0。这四个进程的同步描述如下：
int b2=0;
int b3=0;
int b4=0;
main ( )
{
cobegin
s1 ( );
s2 ( );
s3 ( );
s4 ( );
coend
}
s1 ( )
{
…
v(b2);
v(b3);
}
s2 ( )
{
p(b2);
…
v(b4);
}
s3 ( )
{
p(b3);
…
v(b4);
}
s4 ( )
{
p(b4);
p(b4); /*因在s2和s3完成后均对b4作了v操作，因此这里要用两个p操作*/
…
}
5．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，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P、V操作填入下面横线上，以保证进程能够正确地并发执行。
(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)。
答：(1)定义一信号量S，初始值为20，其意义如下：
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)根据所定义的信号量，把应执行的P、V操作填入下面横线上，以保证进程能够正确地并发执行。
COBEGIN PROCESS Pi(i=1，2，……)
begin；
P(S)
进入售票厅；
购票；
退出；
V(S)
end；
COEND
(3)S的最大值为20；S的最小值为20－n
8.桌子上有一只盘子，每次只能放入一只水果。爸爸专向盘中放苹果，妈妈专向盘中放桔子，一个儿子专等吃盘中的桔子，一个女儿专等吃盘中的苹果。请利用P、V操作实现他们之间的同步。
解：在本题中，应设置三个信号量s、so、sa，信号量s表示盘子是否为空，其初值为1；信号量so表示盘中是否有桔子，其初值为0；信号量sa表示盘中是否有苹果，其初值为0。同步描述如下：
int s=1;
int sa=0;
int so=0;
main ( )
{
cobegin
father ( );
son ( );
daughter ( );
coend
}
father ( )
{
p(s);
将水果放入盘中；
if(放入的是桔子) v(so);
else v(sa);
}
son ( )
{
p(so);
从盘中取出桔子；
v(s);
吃桔子；
}
daughter ( )
{
p(sa);
从盘中取出苹果；
v(s);
吃苹果；
}
9．桌子上有一只盘子，最多可容纳两个水果，每次只能放人或取出一个水果。爸爸专向盘子中放苹果(apple)，妈妈专向盘子中放桔子(orange)，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Pv操作来实现爸爸、妈妈、儿子、女儿之间的同步与互斥关系。
解：盘子为互斥资源，因可以放两个水果，empty初值为2；再设信号量mutex初值为1，控制对盘子的互斥访问；apple表示盘中苹果个数，表示盘中桔子个数，初值均为0。parbegin
Father: begin
L1: p(empty);
P(mutex);
放苹果；
V(mutex);
V(apple);
Goto L1;
End;
Mother: begin
L2: P(empty);
P(mutex);
放桔子；
V(mutex);
V(orange);
Goto L2;
End;
Daughter: begin
L3: p(apple);
P(mutex);
取苹果；
V(mutex);
V(empty);
Goto L3;
End;
Son: begin
L4: P(orange);
P(mutex);
取桔子；
V(mutex);
Goto L4;
End;
Parend
12．哲学家甲请哲学家乙、丙、丁到某处讨论问题，约定全体到齐后开始讨论；在讨论的间隙四位哲学家进餐，每人进餐时都需使用刀、叉各一把，餐桌上的布置如下图所示。请用信号量及P、v操作说明这四位哲学家的同步、互斥过程。
（其中b表示刀，w表示叉）
解：在本题中，应设置四个信号量f0rk1、fork2、knife1、knife2，其初值均为1，分别表示资源叉1、叉2、刀1、刀2是否可用。同步描述如下：
int fork1=1;
int fork2=1;
int knife1=1;
int knife2=1;
main ( )
{
cobegin
pa ( );
pb ( );
pc ( );
pd ( );
coend;
}
pa ( )
{
while (1);
{
p (knife1);
p(fork1);
v(knife1);
v(fork1);
讨论问题；
}
}
pb ( )
{
while (1);
{
p (knife2);
p(fork1);
进餐；
v(knife2);
v(fork1);
讨论问题；
}
}
pc ( )
{
while (1);
{
p (knife2);
p(fork2);
进餐；
v(knife2);
v(fork2);
讨论问题；
}
}
pd ( )
{
while (1);
{
p(fork2);
进餐；
v(knife1);
v(fork1);
讨论问题；
}
}
14.设公共汽车上，司机和售票员的活动分别是：
司机的活动：启动车辆；
正常行车；
到站停车；
售票员的活动：关车门；
售票；
开车门；
在汽车不断的到站、停车、行驶过程中，这两个活动有什么同步关系？用信号量和P、V操作实现他们的同步。
解：在汽车行驶过程中，司机活动与售票员活动之间的同步关系为：售票员关车门后，向司机发开车信号，司机接到开车信号后启动车辆，在汽车正常行驶过程中售票员售票，到站时司机停车，售票员在车停后开车门让乘客上下车。因此司机启动车辆的动作必须与售票员关车门的动作取得同步；售票员开车门的动作也必须与司机停车取得向步，在本题中，应设置两个信号量：s1、s2，s1表示是否允许司机启动汽车，其初值为0：
s2表示是否允许售票员开门，其初值为0。用P、v原语描述如下：
int s1=0;
int s2=0;
main ( )
{
cobegin
driver ( );
busman ( );
coend
}
driver ( )
{
while(1)
{
p(s1);
正常行车；
到站停车；
v(s2);
}
}
busman ( )
{
while(1)
{
关车门；
v(s1);
售票；
p(s2);
开车门；
上下乘客；
}
}
5．有一个具有两道作业的批处理系统，作业调度采用短作业优先的调度算法，进程调度采用以优先数为基础的抢占式调度算法。在下表所示的作业序列，作业优先数即为进程优先数，且优先数越小优先级越高。
(1)列出所有作业进入内存时间及结束时间//内存中每次最多有两道作业
(2)计算平均周转时间。
分析: 在本题中，每个作业的运行将经历两级调度：作业调度和进程调度。作业调度采用短作业优先调度算法，进程调度采用基于优先数的抢占式调度算法，高优先级的进程可以抢占系统处理机。只有当作业调度程序将作业装入内存后，方能参与进程调度。本题中的批处理系统是两道作业系统，因此每次只能有两道作业进入系统内存。本题中的作业和进程推进顺序如下：
10：00时，A作业到达。因系统的后备作业队列中没有其他作业，进程就绪队列中也没有进程，故作业调度程序将作业A调入内存并将它排在就绪队列上，进程调度程序调度它运行。
10：20时，B作业到达。因系统的后备作业队列中没有其他作业，故作业调度程序将作业B调入内存并将它排在就绪队列上。而作业B的优先级高于作业A的优先级，进程调度程序停止作业A的运行，将作业A放入就绪队列，调度作业B运行。此时，系统中已有两道作业在内存中运行，作业A已运行20分钟，还需运行20分钟才能完成。
10：30时，C作业到达。因系统中已有两道作业在内存中运行，故作业C只能在后备作业队列中等待作业调度。此时，作业B已运行了10分针并将继续运行，还需运行20分钟才能完成，作业A已等待10分针并将继续等待、还需运行20分钟才能完成。
10：50时，B作业运行30分钟结束运行，D作业到达。因系统中只有作业A在内存中运行，作业后备队列中有C、D两道作业，按短作业优先的作业调度策略，作业D被作业调度程序选中，装入内存运行，作业C仍在后备作业队列中等待作业调度。在内存中，作业A 的优先级高于作业D，进程调度程序调度作业A运行，作业D在就绪队列中等待进程调度。此时，作业A已运行了20分钟，在就绪队列中等待了30分钟，还需运行20分钟才能完成；作业C已在后备队列中等待了20分钟并将继续等待．
11：10时，A作业运行40分针结束运行。因系统中只有作业D在内存中运行，作业后备队列中只有作业C在等待，作业调度程序将作业C装入内存运行。因作业C的优先级高于作业D，进程调度程序调度作业C运行，作业D仍在就绪队列中等待进程调度。此时作业D 已在就绪队列中等待了20分钟并将继续等待。
12：00时，C作业运行50分针结束运行。因系统中只有作业D在内存，进程调度程序调度作业D运行。
12：20时，D作业运行20分钟结束运行。
解：(1)由上述分析可得出所有作业的进入内存时间和结束时间：
（2）各作业执行时的周转时间为：
作业A：70分钟
作业B：30分钟
作业c：90分钟
作业D：90分钟
作业的平均周转时间为：
(70十30十90十90)／4＝70分钟。
p_v操作例题
1.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，请用PV操作实现管理。 解：定义一个信号量S，初值为20 parbegin process pl(l=1,2,……) begin wait(S); 进入售票厅； 购票； 退出； signal(S) end 2.桌上有一空盘，允许存放一个水果，爸爸可向盘内放苹果，妈妈可向盘内放桔子，儿子专等吃盘内的桔子，女儿专等吃盘中的苹果，请用P、V 操作实现爸爸、妈妈、儿子、女儿四个并发进程的同步与互斥。 int S=1;int Sa=0;int Sb=0; main() {cobegin father(); mather(); son(); daughter(); coend} father() mather() {while(1) { while(1) {p(S); {p(S) ; 将一个苹果放入盘中将一个桔子放入盘中 V(Sa);} V(Sb);} } } son() daughter()
{ while(1) { while(1) {p(Sb); { p(Sa); 从盘中取出桔子从盘中取出苹果 V(S);吃桔子；} V(S);吃苹果；} } 3.生产围棋的工人不小心把相等数量的黑子和白子混装在一个盒子里，现在要用自动分拣系统把黑子和白子分开，该系统由两个并发执行的进程PA和PB组成，系统功能如下： （1）PA专拣黑子，PB专拣白子； （2）每个进程每次只拣一个子，当一个进程拣子时，不允许另一个进程去拣子； （3）当一个进程拣一个子（黑或白）后，必须让另一个进程去拣一个子（白或黑） 请回答：①这两个并发进程之间的关系是同步还是互斥 ②写出PV操作管理时应定义的信号量及其初值。 ③根据定义的信号量，写出用PV操作管理两个并发进程的程序 答：①两个进程之间是同步关系 ②定义两个信号量S1和S2，初值为1和0 ③process PA process PA begin begin repeat repeat wait(S1) wait(S2) 拣黑子拣白子 signal(S2) signal(S1) until false until false end end 4.有一阅览室，读者进入时必须先在一张登记表上登记，该表为每一座位列出一个表目，包括座号、姓名，读者离开时要注销登记信息；假若阅览室共有100个座位。试用信号量和PV操作来实现用户进程的同步算法。 解：设置如下3个信号量 seat：表示阅览室中空座位数，其初值为100.
pv操作总结
一、PV操作知识 PV操作与信号灯的处理相关，P表示通过的意思，V表示释放的意思。 1962年，狄克斯特拉离开数学中心进入位于荷兰南部的艾恩德霍芬技术大学(Eindhoven Technical University)任数学教授。在这里，他参加了X8计算机的开发，设计与实现了具有多道程序运行能力的操作系统——THE Multiprogramming System。THE是艾恩德霍芬技术大学的荷兰文Tchnische Hoogeschool Eindhov –en的词头缩写。狄克斯特拉在THE这个系统中所提出的一系统方法和技术奠定了计算机现代操作系统的基础，尤其是关于多层体系结构，顺序进程之间的同步和互斥机制这样一些重要的思想和概念都是狄克斯特拉在THE中首先提出并为以后的操作系统如UNIX等所采用的。 为了在单处理机的情况下确定进程(process)能否占有处理机，狄克斯特拉将每个进程分为“就绪”(ready)、“运行”(running)和“阻塞”(blocking)三个工作状态。由于在任一时刻最多只有一个进程可以使用处理机，正占用着处理机的进程称为“运行”进程。当某进程已具备了使用处理机的条件，而当前又没有处理机供其使用，则使该进程处于“就绪”状态。当运行进程由于某种原因无法继续运行下去时，就停止其占用处理机，使之进入“阻塞”状态，待造成其退出运行的条件解除，再进入“就绪”状态。而对系统中所有同时运行的进程，在一个进程访问共享数据时，另一个进程不访问该数据）和互斥（mutually- exclusive，指两个进程不能同时在一个临界区中使用同一个可重复使用的资源，诸如读写缓冲区）两个关系，狄克斯特拉巧妙地利用火车运行控制系统中的“信号灯”(semaphore，或叫”信号量”)概念加以解决。 所谓信号灯，实际上就是用来控制进程状态的一个代表某一资源的存储单元。例如，P1和P2是分别将数据送入缓冲B和从缓冲B读出数据的两个进程，为了防止这两个进程并发时产生错误，狄克斯特拉设计了一种同步机制叫“PV操作”，P操作和V操作是执行时不被打断的两个操作系统原语。执行P操作P（S）时信号量S的值减1，若结果不为负则P（S）执行完毕，否则执行P操作的进程暂停以等待释放。执行V操作V（S）时，S 的值加1，若结果不大于0则释放一个因执行P（S）而等待的进程。对P1和P2可定义两个信号量S1和S2，初值分别为1和0。进程P1在向缓冲B送入数据前执行P操作P（S1），在送入数据后执行V操作V（S2）。进程P2在从缓冲B读取数据前先执行P操作P（S2），在读出数据后执行V操作V（S1）。当P1往缓冲B送入一数据后信号量S1之值变为0，在该数据读出后S1之值才又变为1，因此在前一数未读出前后一数不会送入，从而保证了P1和P2之间的同步。我国读者常常不明白这一同步机制为什么叫PV操作，原来这是狄克斯特拉用荷兰文定义的，因为在荷兰文中，通过叫passeren，释放叫vrijgeven，PV操作因此得名。这是在计算机术语中不是用英语表达的极少数的例子之一。 二、PV操作释疑 信号量 信号量是最早出现的用来解决进程同步与互斥问题的机制， 包括一个称为信号量的变量及对它进行的两个原语操作。 一. 信号量的概念 1．信号量的类型定义 每个信号量至少须记录两个信息：信号量的值和等待该信号量的进程队列。它的类型定义如下：（用类PASCAL语言表述） semaphore = record value: integer; queue: ^PCB;
请用PV操作解决读者和写者问题
请用PV操作解决读者和写者问题。有两组并发进程：读者和写者，共享一个文件，要求：（1）允许多个读者同时执行读操作（2）在任意写者在完成写操作之前，不允许其他任意的读者和写者工作 3写者预工作，但在它之前已有读者在执行读操作，那么，待现有读者完成读操作后在执行写操作，新的读者和写者均被拒绝。Samapher matex=1/*对文件互斥*/ S1=1/*对Readcount互斥*/ Readcount=0读者记数器。 Reader: Writer: P(S1); P(mutex); Readcount++; Write a file; V(S1); V(mutex); Read a file; P(S1); Readcount--; If(Readcount==0) V(mutex); V(S1); 设由n个缓冲区组成缓冲池，每个缓冲区可以存放一个消息，有两类进程：x个生产者和y 个消费者，且只要缓冲池未满，生产者便可以将消息送入缓冲池，而只要缓冲池未空，消费者就可以取走一个消息。各个进程对缓冲池进行互斥访问，用信号量实现协调过程。要求写出使用的信号量、初值及其作用，并写出生产者进程和消费者进程的处理流程（10分）
某寺庙共有老和尚和小和尚若干人，庙外有一口井，只能容一人打水，庙内有6只水桶和一口缸，缸内最多能装30桶水，每只桶每次只能由一人使用，缸每次只能由一人使用。小和尚负责从庙外的井里打水，老和尚使用缸里的水，老和尚取水的单位是桶。请利用信号量和P、V操作描述老和尚和小和尚的活动。semaphore empty=30; // 表示缸中目前还能装多少桶水，初始时能装30桶水 semaphore full=0; // 表示缸中有多少桶水，初始时缸中没有水 semaphore buckets=6; // 表示有多少只空桶可用，初始时有6只桶可用 semaphore mutex_well=1; // 用于实现对井的互斥操作 semaphore mutex_bigjar=1; // 用于实现对缸的互斥操作 semaphore mutex_buchet=1; // 用于实现对桶的互斥操作，防止多人同时拿同一只桶yongermonk(){ while(1){P(empty); P(buckets); P(mutex_bucket); get a bucket; V(mutex_bucket); go to the well; P(mutex_well); get water; V(mutex_well); go to the temple; P(mutex_bigjar); pure the water into the big jar; V(mutex_bigjar); V(buckets); V(full);}} oldmonk(){ while(1){P(full); P(buckets); P(mutex_bucket); get a bucket; V(mutex_bucket); P(mutex_bigjar); get water; V(mutex_bigjar); V(buckets); V(empty); } }
PV操作题解
（一）图书馆有100个座位，每位进入图书馆的读者要在登记表上登记，退出时要在登记表上注销。要几个程序有多少个进程（答：一个程序；为每个读者设一个进程） （1）当图书馆中没有座位时，后到的读者在图书馆为等待（阻塞）（2）当图书馆中没有座位时，后到的读者不等待，立即回家。 解（1 ) 设信号量：S=100; MUTEX=1 P(S) P(MUTEX) 登记 V(MUTEX) 阅读 P(MUTEX) 注销 V(MUTEX) V(S) 解(2) 设整型变量COUNT=100; 信号量：MUTEX=1; P(MUTEX); IF (COUNT==0) { V(MUTEX); RETURN; } COUNT=COUNT-1; 登记 V(MUTEX); 阅读 P(MUTEX); COUNT=COUNT+1; V(MUTEX); RETURN; （二）有一座东西方向的独木桥；用P,V操作实现：（1）每次只允许一个人过桥； （2）当独木桥上有行人时，同方向的行人可以同时过桥，相反方向的人必须等待。 （3）当独木桥上有自东向西的行人时，同方向的行人可以同时过桥，从西向东的方向，只允许一个人单独过桥。（此问题和读者与写者问题相同,东向西的为读者，西向东的为写者）。 （1）解 设信号量MUTEX=1 P (MUTEX) 过桥 V (MUTEX) (2)解 设信号量：MUTEX=1 (东西方互斥) MD=1 (东向西使用计数变量互斥) MX=1 (西向东使用计数变量互斥) 设整型变量：CD=0 (东向西的已上桥人数)
CX=0 (西向东的已上桥人数) 从东向西： P (MD) IF (CD=0) {P (MUTEX) } CD=CD+1 V (MD) 过桥 P (MD) CD=CD-1 IF (CD=0) {V (MUTEX) } V (MD) 从西向东： P (MX) IF (CX=0) {P (MUTEX) } CX=CX+1 V (MX) 过桥 P (MX) CX=CX-1 IF (CX=0) {V (MUTEX) } V (MX) (3) 解：从东向西的，和（2）相同；从西向东的和（1）相同。
PV操作的例题
PV操作的例题 一、线程是进程的一个组成部分，一个进程可以有多个线程，而且至少有一个可执行线程。进程的多个线程都在进程的地址空间内活动。 资源是分给进程的，而不是分给线程的，线程需要资源时，系统从进程的资源配额中扣除并分配给它。处理机调度的基本单位是线程，线程之间竞争处理机，真正在处理机上运行的是线程。线程在执行过程中，需要同步。 二、在计算机操作系统中，PV操作是进程管理中的难点。 首先应弄清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。 V（S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1； ②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。 PV操作的意义：我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。PV操作属于进程的低级通信。 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S>=0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。 利用信号量和PV操作实现进程互斥的一般模型是： 进程P1 进程P2 ……进程Pn ……………… P（S）；P（S）；P（S）； 临界区；临界区；临界区； V（S）；V（S）；V（S）； …………………… 其中信号量S用于互斥，初值为1。 使用PV操作实现进程互斥时应该注意的是： （1）每个程序中用户实现互斥的P、V操作必须成对出现，先做P操作，进临界区，后做V操作，出临界区。若有多个分支，要认真检查其成对性。 （2）P、V操作应分别紧靠临界区的头尾部，临界区的代码应尽可能短，不能有死循环。（3）互斥信号量的初值一般为1。 利用信号量和PV操作实现进程同步 PV操作是典型的同步机制之一。用一个信号量与一个消息联系起来，当信号量的值为0时，表示期望的消息尚未产生；当信号量的值非0时，表示期望的消息已经存在。用PV操作实现进程同步时，调用P操作测试消息是否到达，调用V操作发送消息。 使用PV操作实现进程同步时应该注意的是：
PV操作(哲学家问题和生产者-消费者问题)剖析
PV操作（哲学家问题） 给每个哲学家编号，规定奇数号的哲学家先拿他的左筷子，然后再去拿他的右筷子；而偶数号的哲学家则相反。这样总可以保证至少有一个哲学家可以进餐。 #include
arg[i] = i; hthread[i] = CreateThread(NULL, 0, philosopher, (void*)(arg+i), 0, NULL); for(a=0;a<30000000;a++); if( hthread[i] == INVALID_HANDLE_VALUE)//如果线程创建失败返回-1 { cerr << "error while create thread " << i < 1、进程P0和P1的共享变量定义及其初值为： boolean falg[2]; int turn=0; falg[0]=FALSE; falg[1]=FALSE; 若进程P0和P1访问临界资源的类C伪代码实现如下： 则并发执行进程P0和P1时产生的情形是【全国联考2010】 A. 不能保证进程互斥进入临界区、会出现“饥饿”现象 B. 不能保证进程互斥进入临界区、不会出现“饥饿”现象 C. 能保证进程互斥进入临界区、会出现“饥饿”现象 D. 能保证进程互斥进入临界区、不会出现“饥饿”现象 分析进程的执行过程：一开始，没有进程处于临界区中，现在进程P0开始执行，通过设置其数组元素和将turn置1来标识它希望进入临界区，由于进程P1并不想进入临界区，所以P0跳出while循环，进入临界区。如果进程P1现在开始执行，进程P1将阻塞在while循环直到flag[0]变为false，而该事件只有进程P0退出临界区时才会发生。 现在考虑两个进程几乎同时执行到while循环的情况，它们分别在turn中存入1和0，但只有后被保存进去的进程号才有效，前一个被重写而丢失。假设进程P1是后存入的，则turn为0。进程P0将循环0次而进入临界区，而进程P1则将不停地循环且不能进入临界区，直到进程退出临界区为止。 因此，该算法实现了临界区互斥。 “饥饿”出现的时机：使用忙等待实现互斥，当一个进程离开临界区时，如果有多个进程等待进入临界区，系统会随机选择一个进程执行，因为这种随机性，会导致有些进程长期得不到执行，因而导致“饥饿”。 本题中，如果P1已经等在while上的时候，P0至多执行一次临界区，否则下次执行的时候，即便它在P1测试条件前出了临界区并重新设定了flag，但由于它必须要设定turn=1（此时P1不会再设置turn了），因此这样P0必然卡在while上，从而换到P1执行。所以不会出现“饥饿”现象。 2、在一间酒吧里有三个音乐爱好者队列，第一个音乐爱好者只有随身听，第二个只有音乐磁带，第三个只有电池，而要听音乐就必须有随身听，音乐磁 用P，V操作实现下述问题的解。 一、桌上有一个盘子，可以放一个水果；父亲总是放苹果到盘子中；母亲总是放香蕉到盘子中。一个儿子专等吃盘中的香蕉，而一个女儿专等吃盘中的苹果。父母只放水果不吃，儿女只吃水果不放。实现父亲，母亲，儿子，女儿的进程同步。 二、在公共汽车上，司机和售票员的活动分别是： 司机的活动：启动车辆，正常行车，到站停车。 售票员的活动：上下乘客，关车门，售票，开车门，上下乘客。 在汽车不停的到站，停站，行驶过程中，这两个活动有什么同步关系？用信号量和P，V操作实现它们的同步。 三、某寺庙，有小，老和尚若干，有一个水缸，有小和尚提水入缸供老和尚饮用。水缸可以放10桶水，水从一个井里面提。水井狭窄，每次只能容纳一个桶取水。水桶总数为3个。每次入、取缸水只能是1桶，且不可以同时进行。试给出取水，入水的算法描述。 四、一个快餐厅有4类职员：（1）领班：接受顾客点菜，出菜单；（2）厨师：根据菜单，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。每个职员可被看作一个进程，试用一种同步机制写出能让四类职员正确并发运行的程序。 五、假设有一个作业由四个进程组成，这四个进程在运行时必须按如图所示的次序依次执行，试用P,V原语表达四个进程的同步关系： 六、观察者和报告者是两个并发执行的进程，观察者不断观察并对通过的卡车计数，报告者定时的将观察者的计数值打印，打印完毕，将计数值清零。 七、假定阅览室最多可同时容纳100个人阅读，读者进入时，必须在阅览室门口的一个登记表上登记，内容包括姓名、座号等，离开时要撤掉登记内容。用P、V操作描述读者进程的同步算法。 在计算机操作系统中，PV操作是进程管理中的难点。 首先应弄清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S30，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。 V（S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1； ②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。 PV操作的意义：我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。PV操作属于进程的低级通信。 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。 利用信号量和PV操作实现进程互斥的一般模型是： 进程P1 进程P2 ……进程Pn ……………… P（S）； P（S）； P（S）； 临界区；临界区；临界区； V（S）； V（S）； V（S）； …………………… 其中信号量S用于互斥，初值为1。 使用PV操作实现进程互斥时应该注意的是： （1）每个程序中用户实现互斥的P、V操作必须成对出现，先做P操作，进临界区，后做V操作，出临界区。若有多个分支，要认真检查其成对性。 （2）P、V操作应分别紧靠临界区的头尾部，临界区的代码应尽可能短，不能有死循环。（3）互斥信号量的初值一般为1。 利用信号量和PV操作实现进程同步 PV操作是典型的同步机制之一。用一个信号量与一个消息联系起来，当信号量的值为0时，表示期望的消息尚未产生；当信号量的值非0时，表示期望的消息已经存在。用PV操作实现进程同步时，调用P操作测试消息是否到达，调用V操作发送消息。 使用PV操作实现进程同步时应该注意的是： （1）分析进程间的制约关系，确定信号量种类。在保持进程间有正确的同步关系情况下，哪个进程先执行，哪些进程后执行，彼此间通过什么资源（信号量）进行协调，从而明确要设置哪些信号量。 ？？？信号量的PV操作是如何定义的？试说明信号量的PV操作的物理意义。 参考答案：P（S）：将信号量S减1，若结果大于或等于0，则该进程继续执行；若结果小于0，则该进程被阻塞，并将其插入到该信号量的等待队列中，然后转去调度另一进程。 V（S）：将信号量S加1，若结果大于0，则该进程继续执行；若结果小于或等于0，则从该信号量的等待队列中移出一个进程，使其从阻塞状态变为就绪状态，并插入到就绪队列中，然后返回当前进程继续执行。 PV操作的物理含义：信号量S值的大小表示某类资源的数量。当S>0时，其值表示当前可供分配的资源数目；当S<0时，其绝对值表示S信号量的等待队列中的进程数目。每执行一次P操作，S值减1，表示请求分配一个资源，若S≥0，表示可以为进程分配资源，即允许进程进入其临界区；若S<0，表示已没有资源可供分配，申请资源的进程被阻塞，并插入S的等待队列中，S的绝对值表示等待队列中进程的数目，此时CPU将重新进行调度。每执行一次V操作，S值加1，表示释放一个资源，若S>0，表示等待队列为空；若S≤0，则表示等待队列中有因申请不到相应资源而被阻塞的进程，于是唤醒其中一个进程，并将其插入就绪队列。无论以上哪种情况，执行V操作的进程都可继续运行。 1、设公共汽车上，司机和售票员的活动分别是： 司机的活动：启动车辆； 正常行车； 到站停车； 售票员的活动： 关车门； 售票； 开车门； 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？用P、V操作实现它们的同步。 设两个信号量S和C，初值为S＝0；C＝0； 司机： L1：正常行车售票员： L2：售票 到站停车 P（S） V（S）开车门 P（C）关车门 启动开车 V（C） GO TO L1 GO TO L2 2、请用PV操作实现他们之间的同步关系： （1）桌上一个盘子，只能放一只水果。爸爸放苹果，妈妈放桔子，儿子只吃桔子，女儿只吃苹果。 （2）桌上一个盘子，只能放一只水果。爸爸放苹果，妈妈放桔子，儿子吃桔子、苹果。 参考答案： 第一步：确定进程 4个进程Father（爸爸）、Mother（妈妈）、Son（儿子）、Daughter（女儿） Father进程： 将苹果放入盘中 计算机操作系统P V操 作例题 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】 问题1一个司机与售票员的例子在公共汽车上，为保证乘客的安全，司机和售票员应协调工作： 停车后才能开门，关车门后才能行车。用PV操作来实现他们之间的协调。 S1：是否允许司机启动汽车的变量 S2：是否允许售票员开门的变量 driver()有三个进程R、M、P，它们共享一个缓冲区。R负责从输入设备读信息，每次读出一个记录并把它存放在缓冲区中：M在缓冲区加工读入的记录；P把加工后的记录打印输出。输入的记录经加工输出后，缓冲区中又可存放下一个记录。请用P、V操作为同步机构写出他们并发执行时能正确工作的程序。 答：三个进程共用一个缓冲区，他们必须同步工作，可定义三个信号量： S1：表示是否可把读人的记录放到缓冲区，初始值为1. S2：表示是否可对缓冲区中的记录加工，初始值为0. S3：表示记录是否加工好，可以输出，初始值也为0. 三个进程可如下设计： Begin S1，S2，S3：semaphore； S1：＝l；S2：＝S3：＝0； cobegin process R begin L1：读记录； P（S1）； 记录存入缓冲区； V（S2）； goto L1； end； process M begin L2：P（S2）； 加工记录； V（S3）； goto L2； end； process P begin L3：P（S3）； 输出加工后的记录； V（S1）； goto L3； end； coend； end. 6.现有4个进程R1，R2，W1，W2，它们共享可以存放一个数的缓冲器B.进程R1每次把从键盘上投入的一个数存放到缓冲器B中，供进程W1打印输出；进程R2每次从磁盘上读一个数放到缓冲器B中，供进程W2打印输出。当一个进程把数据存放到缓冲器后，在该数还没有被打印输出之前不准任何进程再向缓冲器中存数。在缓冲器 1. 推广例子中的消息缓冲问题。 消息缓冲区为k个，有1个发送进程，n个接收进程，每个接收进程对发送来的消息都必须取一次若有m个发送进程呢？ Send： SB=k; //信号量，标记当前空余缓冲区资源。 i = 0; //标记存放消息的缓冲区位置 while (true) { P(SB); 往Buffer [i]放消息; V(SM); i = (i+1) % k; }; Receive： j = 0; //标记取产品的缓存区位置 SM=0；//信号量，标记初始没有消息 ReadCount=0；//读进程计数器 Mutex =1；//读进程互斥信号量 SW=0; //信号量，读进程在此信号量等待 while (true) { P(SM); 从Buffer[j]取消息; ReadCount++ If（ReadCount rc=0, //正在读者计数器 wc, //写计数器 rw, //读等计数器 R //等待读信号量 W //等待写信号量 读者： while (true) { P(mutex); if (wc >0){ rw++ P (R); } rc++; If（rw>0&&wc=0）{ V(R) rw-- } V(mutex); 读 P(mutex); rc --; if (rc==0){ If（wc>0）V(w) } V(mutex); }; 写者： while (true) { P(mutex); wc ++; if((wc >1)||(rc>0)){ P(W) } V(mutex); 写 P(mutex); Wc --; if（wc>0） V(W); Else if(rw>0) V(R) 问题1 一个司机与售票员的例子 在公共汽车上，为保证乘客的安全，司机和售票员应协调工作： 停车后才能开门，关车门后才能行车。用PV操作来实现他们之间的协调。 S1：是否允许司机启动汽车的变量 S2：是否允许售票员开门的变量 driver()//司机进程 { while (1)//不停地循环 { P(S1);//请求启动汽车 启动汽车; 正常行车； 到站停车； V(S2); //释放开门变量，相当于通知售票员可以开门 } } busman()//售票员进程 { while(1) { 关车门; V(S1)；//释放开车变量，相当于通知司机可以开车 售票 P(S2)；//请求开门 开车门； 上下乘客； } } 注意：busman() driver() 两个不停循环的函数 问题2 图书馆有100个座位，每位进入图书馆的读者要在登记表上登记，退出时要在登记表上注销。要几个程序？有多少个进程？（答：一个程序；为每个读者设一个进程）（1）当图书馆中没有座位时，后到的读者在图书馆为等待（阻塞） （2）当图书馆中没有座位时，后到的读者不等待，立即回家。 解（1 ) 设信号量：S=100; MUTEX=1 P(S) P(MUTEX) 登记 V(MUTEX) 阅读 P(MUTEX) 注销 V(MUTEX) V(S) 解(2) 设整型变量COUNT=100; 信号量：MUTEX=1; P(MUTEX); IF (COUNT==0) { V(MUTEX); RETURN; } COUNT=COUNT-1; 登记 V(MUTEX); 阅读 P(MUTEX); COUNT=COUNT+1; V(MUTEX); RETURN; 问题3 有一座东西方向的独木桥；用P,V操作实现： （1）每次只允许一个人过桥； （2）当独木桥上有行人时，同方向的行人可以同时过桥，相反方向的人必须等待。（3）当独木桥上有自东向西的行人时，同方向的行人可以同时过桥，从西向东的方向，只允许一个人单独过桥。（此问题和读者与写者问题相同,东向西的为读者，西向东的为写者）。 （1）解 设信号量MUTEX=1 P (MUTEX) 过桥 V (MUTEX) (2)解 设信号量：MUTEX=1 (东西方互斥) MD=1 (东向西使用计数变量互斥) MX=1 (西向东使用计数变量互斥) 设整型变量：CD=0 (东向西的已上桥人数) CX=0 (西向东的已上桥人数) 从东向西： P (MD) IF (CD=0) 0PA:beginL1:read from disk; P(avail1); put to buffer1; V(full1); goto L1; End; PB:beginL2:P(full1); get from buffer1; V(avail1); P(avail2); put to buffer2; V(full2); goto L2; End; PC:beginL3: P(full2); get from buffer2; V(avail2); print RECORD; goto L3 end ; Cobegin PA;PB;PC;Coend. 第一步:确定进程间的关系。售票员关车门后，要向司机发开车信号，司机接到开车信号后才能启动车辆。在汽车正常行驶过程中售票员售票，到站时司机停车，售票员在车停后开车门，让乘客上下车。因此司机启动车辆的动作必须与售票员的动作取得同步;售票员开车门的动作也必须同司机停车取得同步。第二步:确定信号量及其值。由于司机与售票员之间要互通消息，司机进程设置一个私有信号量run，用于判断是否关车门，司机能否启动车辆，初值为1。售票员进程设置一个私有信号量stop，用于判断是否停车，售票员是否能够开车门，初值为0 第三步: 确定P(wait)、V(signal)操作的位置司机操作中，是否关门?没关则等待，这是一个P操作，P(run); 司机操作中，设立停车标志，这是一个V操作，V(stop); 售票员操作中，是否停车?没停则等待，这是一个P操作，P(stop); 售票员操作中，设立关门标志，这是一个V 操作，V(run) lstop ,run:semaphore run:=1; //是否关车门stop:=0; //是否停车Driver:begin cobegin driver: begin L1: P(run); 启动车辆; 正常行车; 到站停车; V(stop); goto L1; end; Conductor:begin L2:上乘客; 关车门; V(run); 售票; P(stop); 开车门; 下乘客; goto L2; end; coend; 操作系统P V题解 第一章The P,V Theorem 在操作系统理论中有一个非常重要的概念叫做P,V原语。在我们研究进程间的互斥的时候经常会引入这个概念，将P,V操作方法与加锁的方法相比较，来解决进程间的互斥问题。实际上，他的应用范围很广，他不但可以解决进程管理当中的互斥问题，而且我们还可以利用此方法解决进程同步与进程通信的问题。 一Introduction of P,V Theorem 阐述P,V原语的理论不得不提到的一个人便是赫赫有名的荷兰科学家E.W.Dijkstra。如果你对这位科学家没有什么印象的话，提起解决图论中最短路径问题的Dijkstra算法应当是我们再熟悉不过的。P,V原语的概念以及P,V操作当中需要使用到的信号量的概念都是由他在1965年提出的。 1 Some Conceptions 信号量是最早出现的用来解决进程同步与互斥问题的机制，包括一个称为信号量的变量及对它进行的两个原语操作。信号量为一个整数，我们设这个信号量为：S。很显然，我们规定在S大于等于零的时候代表可供并发进程使用的资源实体数，S小于零的时候，表示正在等待使用临界区的进程的个数。根据这个原则，在给信号量附初值的时候，我们显然就要设初值大于零。 p操作和v操作是不可中断的程序段，称为原语。P,V原语中P是荷兰语的Passeren，相当于英文的pass,V是荷兰语的Verhoog,相当于英文中的incremnet。 P原语操作的动作是： （1）S减1； （2）若S减1后仍大于或等于零，则进程继续执行； （3）若S减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转进程调度。 V原语操作的动作是： （1）S加1； （2）若相加结果大于零，则进程继续执行； （3）若相加结果小于或等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程，然后再返回原进程继续执行或转进程调度。 需要提醒大家的是：P,V操作首先是一个原语操作，对于每一个进程来说，都只能进行一次。而且必须成对使用。且在P,V愿语执行期间不允许有中断的发生。 对于具体的实现，方法非常多，可以用硬件实现，也可以用软件实现。这里不再赘述。 2 The Most Important Conceptions 临界资源是指每次仅允许一个进程访问的资源。属于临界资源可以是硬件的打印机、磁带机等,软件的有消息缓冲队列、变量、数组、缓冲区等。每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区（临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源）。每次只准许一个进程进入临界区，该进程进入后不允许其他进程进入。 一、用P、V操作描述前趋关系。P1、P2、P3、P4、P5、 P6为一组合作进程，其前趋图如图2．3所示，试用P、V 操作描述这6个进程的同步。p23 图2．3说明任务启动后P1先执行，当它结束后P2、P3可以开始执行，P2完成后P4、P5可以开始执行，仅当P3、P4、P5都执行完后，P6才能开始执行。为了确保这一执行顺序，设置5个同步信号量n、摄、f3、f4、g分别表示进程P1、P2、P3、P4、P5是否执行完成，其初值均为0。这6个进程的同步描述如下： 图2．3 描述进程执行先后次序的前趋图 int f1=0; /*表示进程P1是否执行完成*／int f2=0; /*表示进程P2是否执行完成*／int f3=0; /*表示进程P3是否执行完成*／int f4=0; /*表示进程P4是否执行完成*／int f5=0; /*表示进程P5是否执行完成*／main() { cobegin P1( ); P2( ); P3( ); P4( ); P5( ); P6( ); coend } P1 ( ) { ┇ v(f1); v(f1)： } P2 ( ) { p(f1); ┇ v(f2); v(f2); ) P3 ( ) { p(f1); ┇ v(f3); } P4( ) { p(f2); ┇ v(f4); } P5 ( ) { p(f2); ┇ v(f5); } P6( ) { p(f3); p(f4); p(f5); ┇ } 二、生产者-消费者问题p25 生产者-消费者问题是最著名的进程同步问题。它描述了一组生产者向一组消费者提供产品，它们共享一个有界缓冲区，生产者向其中投放产品，消费者从中取得产品。生产者-消费者问题是许多相互合作进程的一种抽象。例如，在输入时，输入进程是生产者，计算进程是消费者;在输出时，计算进程是生产者，打印进程是消费者。因此，该问题具有很大实用价值。 我们把一个长度为n的有界缓冲区(n>0)与一群生产者进程P１、P２、…、Pm和一群消费者进程C１、C２、…、Ck 联系起来，如图2．4所示。假定这些生产者和消费者是互相等效的。只要缓冲区未满，生产者就可以把产品送入缓冲区，类似地，只要缓冲区未空，消费者便可以从缓冲区中取走物品并消耗它。生产者和消费者的同步关系将禁止生产者向满的缓冲区输送产品，也禁止消费者从空的缓冲区中提取物品。 图2．4 生产者-消费者问题 为解决这一类生产者-消费者问题，应该设置两个同步信号量，一个说明空缓冲单元的 P就是请求资源，V就是释放资源。 问题1 一个司机与售票员的例子 在公共汽车上，为保证乘客的安全，司机和售票员应协调工作： 停车后才能开门，关车门后才能行车。用PV操作来实现他们之间的协调。 S1：是否允许司机启动汽车的变量 S2：是否允许售票员开门的变量 driver()//司机进程 { while (1)//不停地循环 { P(S1);//请求启动汽车 启动汽车; 正常行车； 到站停车； V(S2); //释放开门变量，相当于通知售票员可以开门 } } busman()//售票员进程 { while(1) { 关车门; V(S1)；//释放开车变量，相当于通知司机可以开车 售票 P(S2)；//请求开门 开车门； 上下乘客； } } 注意：busman() driver() 两个不停循环的函数 问题2 图书馆有100个座位，每位进入图书馆的读者要在登记表上登记，退出时要在登记表上注销。要几个程序？有多少个进程？（答：一个程序；为每个读者设一个进程） （1）当图书馆中没有座位时，后到的读者在图书馆为等待（阻塞） （2）当图书馆中没有座位时，后到的读者不等待，立即回家。 解（1 ) 设信号量：S=100; MUTEX=1 P(S) P(MUTEX) 登记 V(MUTEX) 阅读 P(MUTEX) 注销 V(MUTEX) V(S) 解(2) 设整型变量COUNT=100; 信号量：MUTEX=1; P(MUTEX); IF (COUNT==0) { V(MUTEX); RETURN; } COUNT=COUNT-1; 登记 V(MUTEX); 阅读 P(MUTEX); COUNT=COUNT+1; V(MUTEX); RETURN; 问题3 有一座东西方向的独木桥；用P,V操作实现： （1）每次只允许一个人过桥； （2）当独木桥上有行人时，同方向的行人可以同时过桥，相反方向的人必须等待。 （3）当独木桥上有自东向西的行人时，同方向的行人可以同时过桥，从西向东的方向，只允许一个人单独过桥。（此问题和读者与写者问题相同,东向西的为读者，西向东的为写者）。 （1）解 设信号量MUTEX=1 P (MUTEX) 过桥 V (MUTEX) (2)解 设信号量：MUTEX=1 (东西方互斥) MD=1 (东向西使用计数变量互斥) MX=1 (西向东使用计数变量互斥) 经典P、V操作问题详解 lionxcat@https://www.wendangku.net/doc/6118221593.html, 一、基本概念 1. 信号量 struct semaphore { int value; // 仅且必须附初值一次，初值非负 PCBtype* wait_queue; // 在此信号量上阻塞的进程队列 } S; // 信号量实例为S 2. P、V操作 P(S){ S := S-1; if (S<0) 调用进程自己阻塞自己，等待在S的等待队列末尾; } V(S){ S := S+1; if (S≤0) 从S等待队列头释放一进程就绪在就绪队列尾; 调用进程继续执行; } 3. 使用方法 (i). P、V操作成队出现，处理互斥时出现在同一进程中；处理同步时出现在不同进程中。(ii). 同步P先于互斥P调用，V的顺序无关。 4. 另类P、V操作导致的问题(或信号量的栈实现方法或漏斗法) [习题P174-23] 某系统如此定义P、V操作： P(S): S = S-1; 若S＜0，本进程进入S信号量等待队列的末尾；否则，继续执行。 V(S): S＝S+1; 若S≤0，释放等待队列中末尾的进程，否则继续运行。 (1)上面定义的P、V操作是否合理？有什么问题？ (2)现有四个进程P1、P2、P3、P4竞争使用某一个互斥资源（每个进程可能反复使用多次），试用上面定义的P、V操作正确解决P1、P2、P3、P4对该互斥资源的使用问题。 答： (1)不合理：先进后出；可能“无限等待”，即等待队列头的进程得不到释放。 (2)思路：令每个信号量上的等待队列中始终只有一个进程。解决方案如下：(n个进程) n个进程至多有n-1个等待。设置n-1个信号量，每个进程阻塞在不同的信号量上，使每个等待队列至多有一个进程等待。用循环模拟队列。pv操作的一些习题
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