14
一组进程的执行顺序如下图所示，圆圈P1，P2，P3，P4，P5，P6表示进程，弧上的字母a,b，c, d,e,f,g,h表示同步信号量，请用P，V操作实现进程的同步。
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semaphore a = b = c = d = e = f = g = h = 0;
CoBegin
process P1()
{
执行P1;
V(a);
V(b);
}
process P2()
{
P(a);
执行P2;
V(c);
V(d);
}
process P3()
{
P(b);
执行P3;
V(e);
V(f);
}
process P4()
{
P(c);
P(e);
执行P4;
V(g);
}
process P5()
{
P(d);
P(f);
执行P5;
V(h);
}
process P6()
{
P(g);
P(h);
执行P6;
}
CoEnd
15
有3个进程P、P1、P2合作处理数据，P从输入设备读数据到缓冲区，缓冲区可存1000个字。
P1和P2的功能一样，都是从缓冲区取出数据并计算，再打印结果。请用信号量的P,V操作实现。
其中，语句
read()从输入设备读入20个字到缓冲区；
get()从缓冲区取出 20个字；
comp()计算40个字输出并得到结果的1个字；
print()打印结果的2个字。
生产者消费者问题，把缓冲区的每20个字视为一个基本单位，因此缓冲区共有1000/20=50个空位。设置互斥信号量mutex，用于对缓冲区的访问；还需要设置两个同步信号量，full表示缓冲区已有多少数据，empty表示缓冲区还有多少空位置
semaphore mutex = 1; // 互斥使用缓冲区
semaphore full = 0; // 表示缓冲区中已有多少个20字数据
semaphore empty = 50; // 表示缓冲区中还有多少个20字空位
process P()
{
P(empty);
P(mutex);
read();
V(mutex);
V(full);
}
process P1/P2()
{
P(full);
get();
P(full);
get();
comp();
V(empty);
print();
V(empty);
print();
}
16
假设有3个抽烟者和1个供应者。每个抽烟者不停地卷烟并抽掉它，但要卷起并抽掉一支烟，抽烟者需要有三种材料：烟草、纸和胶水。
三个抽烟者中，第一个拥有烟草，第二个拥有纸，第三个拥有胶水。
供应者无限提供三种材料，供应者每次将两种材料放到桌子上，拥有剩下那种材料的抽烟者卷一根烟并抽掉它，并给供应者一个信号告诉已完成，此时供应者就将另外两种材料放到桌上，如此重复，让3个抽烟者轮流抽烟。
供应者与3个抽烟者分别是同步关系，三个抽烟者对抽烟这个动作互斥
设置信号量offer1，offer2，offer3分别表示烟草和纸，烟草和胶水，纸和胶水
信号量finish用于互斥进程抽烟动作
int num = 0; // 存储随机数
semaphore offer1 = offer2 = offer3 = finish = 0;
// finish表示抽烟是否完成
process P1()
{
while (1)
{
num++;
num = nun % 3;
if (num == 0)
V(offer1);
else if (num == 1)
V(offer2);
else
V(offer3);
任意两种材料放在桌子上
P(finish);
}
}
process P2()
{
while (1)
{
P(offer3);
抽烟;
V(finish);
}
}
process P3()
{
while (1)
{
P(offer2);
抽烟;
V(finish);
}
}
process P4()
{
while (1)
{
P(offer1);
抽烟;
V(finish);
}
}
18
某银行提供1个服务窗口和10个供顾客等待的座位。
顾客到达银行时，若有空座位，则到取号机上领取一个号，等待叫号。
取号机每次仅允许一位顾客使用。
当营业员空闲时，通过叫号选取一位顾客，并为其服务。
顾客和营业员的活动过程描述如下：
cobegin
{
process 顾客i
{
从取号机获取一个号码；
等待叫号；
获取服务；
}
process 营业员
{
while(TRUE)
{
叫号；
为客户服务；
}
}
}
coend
请添加必要的信号量和P，V操作，实现上述过程中的互斥与同步。
要求写出完整的过程，说明信号量的含义并赋初值。
互斥资源：取号机，设置互斥信号量mutex
同步问题：空座位的有无影响等待顾客的数量，顾客的有无决定了营业员是否能开始服务，因此分别设置信号量empty和full来实现这一同步关系
顾客获得空座位后，需要等待叫号和被服务，又是一个同步关系，定义信号量service
semaphore empty = 10; // 空座位的数量
semaphore mutex = 1; // 互斥使用取号机
semaphore full = 0; // 已占座位的数量
semaphore service = 0; // 等待叫号
cobegin
{
process 顾客i
{
P(empty); // 申请空座位-1
P(mutex); // 申请取号机-1
从取号机获取一个号码；
V(mutex); // 释放取号机+1
V(full); // 释放一个已占座位，数量+1
P(service); // 消耗一个叫号，-1
获取服务；
}
process 营业员
{
while(TRUE)
{
P(full); // 申请一个已占座位，数量-1
V(empty); // 释放一个空座位，数量+1
V(service); // 释放一个叫号，+1
为客户服务；
}
}
}
coend
20
系统中有多个生产者进程和多个消费者进程，共享一个能存放1000 件产品的环形缓冲区（初始为空）。
缓冲区未满时，生产者进程可以放入其生产的一件产品，否则等待；
缓冲区未空时，消费者进程可从缓冲区取走一件产品，否则等待。
要求一个消费者进程从缓冲区连续取出10件产品后，其他消费者进程才可以取产品。
请使用信号量P，V操作实现进程间的互斥与同步，要求写出完整的过程，并说明所用信号量的含义和初值。
生产者和消费者问题
设置4个信号量mutex1，mutex2，empty和full，
mutex1用于控制一个消费者进程在一个周期内对缓冲区访问，初值为1
mutex2用于控制进程在单次互斥地访问缓冲区，初值为1
empty代表缓冲区的空位数，初值为1000
full代表缓冲区的产品数，初值为0
semaphore mutex1 = 1; // 用于实现消费者周期内的互斥
semaphore mutex2 = 1; // 用于实现访问缓冲区的互斥
semaphore empty = 1000; // 空缓冲区数
semaphore full = 0; // 非空缓冲区数
producer()
{
while (1)
{
生产一个产品;
P(empty); // 申请一个空位
P(mutex2); // 互斥使用缓冲区
把产品放入缓冲区;
V(mutex2); // 释放缓冲区
V(full); // 释放一个产品
}
}
consumer()
{
while (1)
{
P(mutex1); // 消费者使用缓冲区
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
P(full); // 消耗一个产品
P(mutex2); // 互斥使用缓冲区
从缓冲区取出一件产品;
V(mutex2); // 释放缓冲区
V(empty); // 释放一个空位
消费这件产品;
}
V(mutex1); // 消费者释放缓冲区
}
}
21
有A，B两人通过信箱进行辩论，每个人都从自己的信箱中取得对方的问题。
将答案和向对方提出的新问题组成一个邮件放入对方的邮箱中。
假设A的信箱最多放M个邮件，B的信箱最多放N个邮件。
初始时A的信箱中有x个邮件（0<x<M）， B的信箱中有y个邮件（0<y<N）。
辩论者每取出一个邮件，邮件数减1。
A和B两人的操作过程描述如下：
CoBegin
A{
while(TRUE)
{
从A的信箱中取出一个邮件；
回答问题并提出一个新问题；
将新邮件放入B的信箱；
}
}
B
{
while(TRUE)
{
从B的信箱中取出一个邮件；
回答问题并提出一个新问题；
将新邮件放入A的信箱；
}
}
Coend
当信箱不为空时，辩论者才能从信箱中取邮件，否则等待。
当信箱不满时，辩论者才能将新邮件放入信箱，否则等待。
请添加必要的信号量和PV操作，以实现上述过程的同步。要求写出完整的过程，并说明信号量的含义和初值。
生产者消费者问题
A和B既是生产者也是消费者，信箱A和B是缓冲区，需要互斥访问
设置fullA = x，emptyA = m-x，fullB = y，emptyB = N-y，mutexA = 1，和mutexB = 1
互斥信号量的PV操作直接夹住对信息的操作
对信箱A操作之前，检查fullA是否有邮件可取，放入B时检查emptyB是否有空余空间可以放，放完后执行V(fullB)，表示B中增加了一个邮件
CoBegin
A{
while(TRUE)
{
P(fullA);
P(mutexA);
从A的信箱中取出一个邮件;
V(mutexA);
V(emptyA);
回答问题并提出一个新问题;
P(emptyB);
P(mutexB);
将新邮件放入B的信箱;
V(mutexB);
V(fullB);
}
}
B
{
while(TRUE)
{
P(fullB);
P(mutexB);
从B的信箱中取出一个邮件;
V(mutexB);
V(emptyB);
回答问题并提出一个新问题;
P(emptyA);
P(mutexA);
将新邮件放入A的信箱;
V(mutexA);
V(fullA);
}
}
Coend
23
有n（n≥3）名哲学家围坐在一张圆桌边，每名哲学家交替地就餐和思考。
在圆桌中心有m（m≥1）个碗，每两名哲学家之间有一根筷子。每名哲学家必须取到一个碗和两侧的筷子后，才能就餐，进餐完毕，将碗和筷子放回原位，并继续思考。
为使尽可能多的哲学家同时就餐，且防止出现死锁现象，
请使用信号量的P，V操作描述上述过程中的互斥与同步，并说明所用信号量及初值的含义。
当碗的数量m小于哲学家数量n时，直接让碗的资源量等于m，避免死锁
当m大于n时，让碗的资源量=n-1，避免死锁
在PV操作时，要先P碗
semaphore bowl;
semaphore chopsticks[n];
for (int i = 0; i < n; i++)
{
chopsticks[i] = 1;
}
bowl = min(n-1, m);
CoBegin
while (TRUE)
{
思考;
P(bowl);
P(chopsticks[i]);
P(chopsticks[(i+1) % n]);
就餐;
V(chopsticks[i]);
V(chopsticks[(i+1) % n);
V(bowl);
}
CoEnd
25
下表给出了整型信号量S的wait(和signalO操作的功能描述，以及采用开/关中断指令实现信号量操作互斥的两种方法。
功能描述
Semaphore S;
wait(S)
{
while(S<=0);
S = S-1;
}
signal(S)
{
S = S + 1;
}
方法1
Semaphore S;
wait(S)
{
关中断;
while (S <= 0);
S = S-1;
开中断;
}
signal(S)
{
关中断;
S = S + 1;
开中断;
}
方法2
Semaphore S;
wait(S)
{
关中断;
while(S <= 0)
{
开中断;
关中断;
}
S = S-1;
开中断;
}
signal(S)
{
关中断;
S = S + 1;
开中断;
}
请回答下列问题。
- 为什么在wait()和signal()操作中对信号量S的访问必须互斥执行？
- 分别说明方法1和方法2是否正确。若不正确，请说明理由。
- 用户程序能否使用开/关中断指令实现临界区互斥？为什么？
- 信号量S是能被多个进程共享的变量，多个进程都可通过wait和signal对S进行读、写操作。所以，wait和signal操作中对S的访问必须是互斥的。
- 方法1错误。在wait中，当S<=0时，关中断后，其他进程无法修改S的值，while语句陷入死循环。方法2正确。方法2在循环体中有一个开中断操作，这样就可以使其他进程修改S的值，从而避免while语句陷入死循环。
- 用户程序不能使用开/关中断指令实现临界区互厅。因为开中断和关中断指令都是特权指令，不能在用户态下执行，只能在内核态下执行。
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