操作系统PV操作习题
操作系统PV操作习题
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1、引言
在操作系统中，PV操作（也称作P操作和V操作）是用于进程同步的一种常见机制。P操作用于获取或申请资源，V操作用于释放资源。本文将为您提供一些关于PV操作的习题，以帮助您巩固相关的概念和原理。
2、PV操作基本概念
2.1 P操作
描述P操作的基本概念和含义，以及在实际应用中的具体场景。
2.2 V操作
解释V操作的基本概念和含义，并举例说明其在实际问题中的应用。
3、PV操作习题集
3.1 习题一、生产者-消费者问题
描述一个典型的生产者-消费者问题，并通过使用P操作和V操作对其进行解决。
3.2 习题二、读者-写者问题
解释一个典型的读者-写者问题，并使用PV操作来实现对该问题的解决。
3.3 习题三、哲学家就餐问题
描述哲学家就餐问题的场景，并说明如何采用PV操作来解决这一问题。
4、常见PV操作错误
4.1 死锁
解释什么是死锁以及为什么会发生死锁现象，同时提供一些避免死锁的方法。
4.2 饥饿
描述什么是饥饿，以及一些可能导致饥饿的常见原因，并提供解决饥饿问题的一些策略。
5、附录
本文档附带以下附件:
- 习题的解答和详细说明
- 相关的代码示例
6、法律名词及注释
在本文档中，涉及的法律名词及其注释如下：
- PV操作：即P操作和V操作，用于进程同步的一种机制。
- 生产者-消费者问题：一种经典的并发控制问题，涉及到
生产者和消费者之间的资源竞争。
- 读者-写者问题：一种并发控制问题，涉及到多个读者和
写者对共享资源的访问。
- 哲学家就餐问题：一种经典的并发控制问题，涉及到多个
哲学家通过共享的餐具进行就餐。
关于调度算法 【例1】下表给出作业I , 2, 3的提交时间和运行时间。采用先来先服务调度算法和短作业优先调度算 法，试问作业调度次序和平 均周转时间各为多少？（时间单位：小时，以十进制进行计算。） 作业号 提交时间 运行时间 1 0.0 8.0 2 0.4 4.0 3 1.0 1.0 分析 解这样的题关键是要根据系统采用的调度算法，弄清系统中各道作业随时间的推进情况。我们用 一个作业执行时间图来形象地表示作业的执行情况，帮助我们理解此题。 采用先来先服务调度算法，是按照作业提交的先后次序挑选作业，先进入的作业优先被挑选。然后按 照排队 买票”的 办法，依 次选择 作业。其 作业执 行时间 图如下： 采用短作业优先调度算法，作业调度时根据作业的运行时间，优先选择计算时间短且资源能得满足的 作业。其作业执行时间图如下： 作业提交时间 客柞业陆鳗完成时间 系统中只有作业1，于是作业1先被选中。在8.0时刻，作业1运行完成，这时系统中有两道作业在等待调 度，作业2和作业3，按照短作业优先调度算法，作业 3只要运行1个时间单位，而作业 2要运行4个时 间单位，于是作业 3被优先选中，所以作业 3先运行。待作业3运行完毕，最后运行作业 2。作业调度的 次序是1，3，2 另外，要记住以下公式: 作业i 的周转时间T i =作业完成时间一作业提交时间 由 于作业 1，2, 3 是依次 到来的， 所以当 开始时 作业提交时问 客作业陆续完成吋间
n 1 - 系统中个作业的平均周转时间，其中Ti为作业i的周转时间。解：采用先来先服务调度策略，则调度次序为I、2、3 平均周转时间T =( 8 +11.6 + 12) /3= 10.53 采用短作业优先调度策略，则调度次序为I、3、2 平均周转时间T =( 8 +8+ 12.6) /3= 9.53 思考题1 请同学们判断这句话：作业一旦被作业调度程序选中，即占有了CPU o() 提示：需要清楚作业调度和进程调度的区别。 【例2】考虑下述页面走向： 1，2, 3，4, 2，1, 5，6, 2，1, 2，3，7, 6，3, 2，1, 2，3, 6 当内存块数量分别为3时，试问FIFO、LRU、OPT这三种置换算法的缺页次数各是多少 答：缺页定义为所有内存块最初都是空的，所以第一次用到的页面都产生一次缺页。
操作系统PV操作习题 操作系统PV操作习题 ----------------------------------------------------- 1、引言 在操作系统中，PV操作（也称作P操作和V操作）是用于进程同步的一种常见机制。P操作用于获取或申请资源，V操作用于释放资源。本文将为您提供一些关于PV操作的习题，以帮助您巩固相关的概念和原理。 2、PV操作基本概念 2.1 P操作 描述P操作的基本概念和含义，以及在实际应用中的具体场景。 2.2 V操作 解释V操作的基本概念和含义，并举例说明其在实际问题中的应用。 3、PV操作习题集 3.1 习题一、生产者-消费者问题
描述一个典型的生产者-消费者问题，并通过使用P操作和V操作对其进行解决。 3.2 习题二、读者-写者问题 解释一个典型的读者-写者问题，并使用PV操作来实现对该问题的解决。 3.3 习题三、哲学家就餐问题 描述哲学家就餐问题的场景，并说明如何采用PV操作来解决这一问题。 4、常见PV操作错误 4.1 死锁 解释什么是死锁以及为什么会发生死锁现象，同时提供一些避免死锁的方法。 4.2 饥饿 描述什么是饥饿，以及一些可能导致饥饿的常见原因，并提供解决饥饿问题的一些策略。 5、附录 本文档附带以下附件: - 习题的解答和详细说明
- 相关的代码示例 6、法律名词及注释 在本文档中，涉及的法律名词及其注释如下： - PV操作：即P操作和V操作，用于进程同步的一种机制。 - 生产者-消费者问题：一种经典的并发控制问题，涉及到 生产者和消费者之间的资源竞争。 - 读者-写者问题：一种并发控制问题，涉及到多个读者和 写者对共享资源的访问。 - 哲学家就餐问题：一种经典的并发控制问题，涉及到多个 哲学家通过共享的餐具进行就餐。
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)
有关pv操作类的题目 1、假定系统有三个并发进程read, move和print共享缓冲器B1和B2。进程read负责从输入设备上读信息，每读出一个记录后把它存放到缓冲器B1中。进程move从缓冲器B1中取出一记录，加工后存入缓冲器B2。进程print将B2中的记录取出打印输出。缓冲器B1和B2每次只能存放一个记录。要求三个进程协调完成任务，使打印出来的与读入的记录的个数，次序完全一样。 请用PV操作，写出它们的并发程序。 解：begin emptyB1 , fullB1, emptyB2, fullB2 : semaphore B1,B2 : record emptyB1 := 1,fullB1:=0,emptyB2:=1,fullB2:=0 cobegin process read X : record; begin R: 接收来自输入设备上一个记录 X:=接收的一个记录； P(emptyB1)； B1:=X; V(fullB1); goto R; end; Process move Y:record; begin M:P(fullB1); Y:=B1; V(emptyB1)
加工Y P(emptyB2)； B2:=Y; V(fullB2); goto M; end; Process print Z:record; begin P:P(fullB2); Z:=B2; V(emptyB2) 打印Z goto P; end; coend; end; 2、用PV操作解决读者写者问题的正确程序如下：begin S, Sr: Semaphore; rc: integer; S:=1; Sr:=1; rc:=0; cobegin PROCESS Reader i ( i=1,2…)
操作系统原理 一、单项选择题 1. .从总体上说，采用多道程序设计技术可以( )单位时间的算题量，但对每一个算题，从算题开始到全部完成所需的时间比单道执行所需的时间可能要( ). A. 增加，减少B．增加，延长C．减少，延长D．减少，减少 2. 在分时系统中，时间片一定，( )，响应时间越长。 A．内存越多B．用户数越多C．后备队列D．用户数越少 3. 批处理系统的主要缺点是( ) A．CPU的利用率不高B．失去了交互性C．不具备并行性D．以上都不是 4. 以下( )项功能不是操作系统具备的主要功能. A. 内存管理B．中断处理C．文档编辑D．CPU调度 5. 操作系统负责为方便用户管理计算机系统的( ) A. 程序B．文档资料C．资源D．进程 6. 操作系统的基本职能是( ) A.控制和管理系统内各种资源，有效地组织多道程序的运行 B.提供用户界面,方便用户使用 C.提供方便的可视化编辑程序 D.提供功能强大的网络管理工具 7. 未配置操作系统的计算机系统中最主要的矛盾是（） A．硬件价格昂贵与消费水平之间的矛盾 B.输入输出无法匹配CPU运行速度的矛盾 C．软硬件发展不匹配的矛盾 D.操作复杂与操作人员技术水平之间的矛盾 8. 进程在系统中是否存在的惟一标志是( ) A.数据集合 B.目标程序 C.源程序 D.进程控制块 9. 处理器执行的指令被分成两类，其中有一类称为特权指令，它只允许( )使用. A.操作员 B.联机用户 C.操作系统 D.目标程序 10. 进程所请求的一次打印输出结束后，将使进程状态从( ) A.运行态变为就绪态 B.运行态变为阻塞态 C.就绪态变为运行态 D.阻塞态变为就绪态 11. 一作业进入内存后，则所属该作业的进程初始时处于( )状态. A.运行 B.等待 C.就绪 D.收容 12. 临界区是指并发进程中访问共享变量的( )段. A.管理信息 B.信息存储 C.数据 D.程序 13. 线程存在的唯一标识是（） A．PCB B.JCB C.TCB D.PTR 14. 下述有关文件管理的叙述中，（）是正确的。 A.一个文件不能同时多次建立 B.在一级目录结构中，不同用户可以用相同的文件名 C.文件系统主要是实现按名存取 D.逻辑记录的大小与存储介质块的大小必须一一对应 15. 在动态分区分配方案中，某一作业完成后系统收回其主存空间，并与相邻空闲区合并，为此修改空闲区表，造成空闲区数减一的情况是（）。 A 无上邻空闲区，也无下邻空闲区
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。
1.实验PV操作实验项目名称：单生产者和单消费者问题 一、实验目的 了解并掌握进程的同步和互斥。 二、实验要求 选用C语言编写程序，利用P．Ｖ操作解决单生产者和单消费者问题。 三、实验内容 1.分别改造P操作和V操作及生产、消费程序； 2.在main（）中利用循环通过相关的控制量，分别激活生产者和消费者； 1)为了方简单起见，生产者和消费者只对单缓冲区进行操作，如：生 产者将数值“1”填人缓冲区，而消费者将数值“0”填人缓冲区。 四、算法描述 缓冲区计数量f； Main（） ｛ f=0; 执行Producer（f）; ｝ Producer(缓冲区计数量m) /*生产*/ ｛ If（m>=5) //5个的时候就必须要消费了 执行consumer(m); Else｛ //可以生产 缓冲区计数量自加一次 m++； 提示生产一个产品； /*生产后的操作*/ 产生随机数b；//b的取值0、1 If（b==1） 执行producer（m）； Else 执行consumer（m）； ｝ ｝ Consumer（缓冲区计数量m）/*消费*/ ｛ If（m>0) //可以消费 ｛ M--； 提示消费一个产品；
产生随机数b；//b的取值0、1 If(b==1) 执行producer(m); Else 执行consumer(m); } } 五、源程序 #include 4有三个并发进程，R负责从输入设备读入信息并传送给M，M将信息加工并传送给P，P将打印输出，写出下列条件下的并发程序： 单缓冲区， 缓冲区信号量初值mutex1=1; mutex2=1; buffeR-M // R 和M之间的buf bufferM_P // M 和P之间的buf 另外R 自己的缓存区data_buf1, 另外M 自己的缓存区data_buf2, 另外P 自己的缓存区data_buf3, Procedure R： begin while true do data_buf1 = 读入数据 P(mutex1); buffeR-M = data_buf1; V(mutex1); end end; Procedure M: begin while true do P(mutex2); P(mutex1); Data_buf2 = bufferR_M; 处理Data_buf2； BufferM_P = data_buf2 V(mutex1); V(mutex2); end end; Procedure P: begin while true do P(mutex2); Data_buf3:= BufferM_P; V(mutex2); V(empty); 打印输出数据 end end; 双缓冲区， 缓冲区信号量初值mutex1=1; mutex2=1; Empty1 = 2, full1 = 0; empty2=2, full2=0; buffeR-M[2] // R 和M之间的buf，有两个bufferM_P[2] // M 和P之间的buf 有两个另外R 自己有缓存区data_buf1, 另外M 自己有缓存区data_buf2, 另外P 自己有缓存区data_buf3, var：i,j,k,n Procedure R： begin while true do data_buf1 = 读入数据 P(empty1) P(mutex1); buffeR-M[i] = data_buf1; i=(i+1)mod 2; V(mutex1); V(full1) end end; Procedure M: begin while true do P(full1); P(mutex1); Data_buf2 = bufferR_M[j]; j=(j+1) mod 2 V(mutex1); P(empty1); 处理Data_buf2； P(empty2); P(mutex2) BufferM_P[k] = data_buf2; k=(k+1) mod 2 V(mutex2); V(full2); end end; Procedure P: begin while true do P(full2); 操作系统PV操作补充题 1、(2009全国试题)三个进程P1、P 2、P3互斥使用一个包含N(N>0)个单元的缓冲区。P1每次用produce( )生成一个正整数并用put( )送入缓冲区某个单元中；P2每次用getodd( )从缓冲区中取出一个奇数并用countodd( )统计奇数个数；P3每次用geteven( )从缓冲区中取出一个偶数并用counteven( )统计偶数个数。请用信号量机制实现这三个进程的同步与互斥活动，并说明所定义的信号量的含义。要求用伪代码描述。 2、请用信号量解决以下的“过独木桥”问题：同一方向的行人可连续过桥，当 某一方向有人过桥时，另一方向的行人必须等待；当某一方向无人过桥时，另一方向的行人可以过桥。 3、有一阅览室，共有100个座位。为了很好利用它，读者进入时必须先在登记 表上进行登记。该表表目设有座位号和读者姓名；离开时再将其登记项摈除。试问： ⑴为描述读者的动作，应设哪几个进程？它们之间的关系是什么？ ⑵试用P、V操作描述进程之间的同步或算法。 4、某自动质量检测系统有三个进程Q、A、B组成。进程Q每次取一件产品检测，把检测后的产品存放在货架F上，F的容量为每次只能存放一件产品。若货架上存放的是合格产品则让进程A取出，并在产品上贴标签后包装；若货架上存放的是不合格产品则让进程B取出后，将其丢入废物箱。回答下列问题： （1）写出用PV操作管理时应定义的信号量及初值：①。 （2）完成下列算法中的填空，使它们能按上述要求正确地并发执行。 进程Q: 取一件产品检测; ② ; F:=检测后的产品 If F=合格产品then ③ else ④进程A: _____⑤ ; y:=F中产品 ; ______⑥ ; 对产品贴标签且包装; 进程B：____⑦ ; z:=F中产品; ____⑧ ; 把产品丢入废物箱; 5、《操作系统》课程的期末考试即将举行，假设把学生和监考老师都看作进程，学生有N人，教师1人。考场门口每次只能进出一个人，进考场的原则是先来先进。当N个学生都进入了考场后，教师才能发卷子。学生交卷后即可离开考场， 而教师要等收上来全部卷子并封装卷子后才能离开考场。 (1)问共需设置几个进程? (2)请用P、V操作解决上述问题中的同步和互斥关系。课后作业：2、3、4、5、6、10、11、19、20、21、23 13. 对于生产者—消费者问题，假设缓冲区是无界的，试用信号灯与PV操作给出解法。答：由于是无界缓冲区，所以生产者不会因得不到缓冲区而被阻塞，不需要对空缓冲区进行管理，可以去掉在有界缓冲区中用来管理空缓冲区的信号量及其PV操作。 semaphore mutex_in=1; semaphore mutex_out=1; semaphore empty=0; int in=0，out=0; 生产者活动： while(1){ produce next product; P(mutex_in); add the product to buffer[in]; in++; v(mutex_in); V(empty); } 消费者活动： while(1){ P(empty); P(mutex_out); take the product from buffer[out]; out++; V(mutex_out); } 14. 设有一个可以装A、B两种物品的仓库，其容量无限大，但要求仓库中A、B两种物品的数量满足下述不等式: -M≤A物品数量－B物品数量≤N 其中M和N为正整数。试用信号灯和PV操作描述A、B两种物品的入库过程。 答：已知条件-M≤A物品数量－B物品数量≤N 可以拆成两个不等式，即 A物品数量－B物品数量≤N， B物品数量－A物品数量≤M。 这两个不等式的含义是：仓库中A物品可以比B物品多，但不能超过N个；Ｂ物品可以比A物品多，但不能超过M个。 semaphore a=n; semaphore b=m; void main(){ createprocess(A,…); createprocess(B,…); } A物品入库：void A(){ while(1){ P(a); A物品入库; V(b); } } B物品入库：void B(){ while(1){ P(b); B物品入库; V(a); } } 操作系统进程通信练习及答案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 进程同步与通信练习题 (一)单项选择题 1.临界区是指( )。A.并发进程中用于实现进程互斥的程序段 B．并发进程中用于实现进程同步的程序段 C．并发进程中用户实现进程通信的程序段 D．并发进程中与共享变量有关的程序段 2．相关临界区是指( )。A.一个独占资源 B．并发进程中与共享变量有关的程序段 c．一个共享资源 D．并发进程中涉及相同变量的那些程序段 3．管理若干进程共享某一资源的相关临界区应满足三个要求,其中( )不考虑。A一个进程可以抢占己分配给另一进程的资源 B．任何进程不应该无限地逗留在它的临界区中 c．一次最多让一个进程在临界区执行 D．不能强迫一个进程无限地等待进入它的临界区 4、( )是只能由P和v操作所改变的整型变量。A共享变量 B．锁 c整型信号量 D．记录型信号量 5．对于整型信号量，在执行一次P操作时，信号量的值应( )。 A．不变 B．加1 C减1 D．减指定数值 6．在执行v操作时，当信号量的值( )时，应释放一个等待该信号量的进程。A>0 B.<0 c.>=0 D.<=0 操作必须在屏蔽中断下执行，这种不可变中断的过程称为( )。A初始化程序 B．原语 c．子程序 D控制模块 8．进程间的互斥与同步分别表示了各进程间的( )。 A．竞争与协作 B．相互独立与相互制约 c．不同状态 D．动态性与并发性 9并发进程在访问共享资源时的基本关系为( )。 A．相互独立与有交往的 B．互斥与同步 c 并行执行与资源共享 D信息传递与信息缓冲 10．在进程通信中，( )常用信件交换信息。 A．低级通信 B．高级通信 c．消息通信D．管道通信 11．在间接通信时，用send(N，M)原语发送信件，其中N表示( )。A．发送信件的进程名B．接收信件的进程名 C信箱名 D．信件内容 12．下列对线程的描述中，( )是错误的。A不同的线程可执行相同的程序 B．线程是资源分配单位 c．线程是调度和执行单位 D．同一进程中的线程可共享该进程的主存空间 13．实现进程互斥时，用( )对应，对同一个信号量调用Pv操作实现互斥。 A．一个信号量与一个临界区 B．一个信号量与—个相关临界区 c．一个信号量与一组相关临界区 D一个信号量与一个消息 14．实现进程同步时，每一个消息与一个信号量对应，进程( )可把不同的消息发送出去。A．在同一信号量上调用P操作 B在不同信号量上调用P操作 c．在同一信号量上调用v 操作 D．在不同信号量上调用v操作 1、某车站售票厅，任何时间最多可容纳100名购票者进入，当售票厅中少于100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过程，请回答以下问题： （1） 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PV操作填入下列方框中，以保证进程能够正确地并发执行。 Cobegin process pi (I=1,2, ,n) Begin 进入售票厅； 退出； end Coend （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） 【100-N，100】 解：（1）应定义一个信号量S，S的初值为100， 当0〈S〈100时，允许厅外的购票者进入； 当S=0时，厅内已有100人，欲购票者暂不能进入； 当S<0时，|S|表示等待进入者的人数； （2）用PV操作管理时保证进程正确执行的程序如下： Cobegin process P (i=1,2,3,…，n) Begin P(S) 进入售售票厅； 购票； 退出； v(s) end； Coend； 2、有三个进程P1，P2和P3并发工作。进程P1需用资源S3和S1；进程P2需用资源S1和S2；进程P3需用资源S2和S3。回答： (1)若对资源分配不加限制，会发生什么情况?为什么? (2)为保证进程正确工作，应采用怎样的资源分配策略?为什么? 答：(1)可能会发生死锁。例如：进程P1，P2和P3分别获得资源S3，S1和S2后再继续申请资源时都要等待，这是循环等待。(或进程在等待新资源时均不释放已占资源) (2)可有几种答案： 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。 【实战3】理发师问题 理发店有一位理发师、一把理发椅及三把供等候理发的顾客坐的椅子。如果没有顾客，理发师就去睡觉。如果顾客来时所有的椅子都有人，那么顾客就离去。如果理发师在忙而有空闲的椅子，那么顾客就会坐在其中的一个空闲的椅子上。如果理发师在睡觉，顾客会唤醒他。请利用信号量（semaphores），写个程序来协调理发师和顾客进程。【浙江大学2007】 int count=0; //记录理发店里的顾客数量 semaphore mutex=1; //用于互斥访问count变量所用的信号量 semaphore barber_chair=0; // semaphore wait_chair=3; //顾客等待时可坐的椅子 semaphore ready=0; //坐在等候椅子上等待理发的顾客数量 Barber(){ //理发师进程 while(1){ wait(ready); //是否有顾客在等待理发，没有则阻塞 signal(barber_chair); //请等待时间最长的顾客坐到理发椅上 signal(wait_chair); //坐到理发椅上的顾客让出一个等待时可坐的椅子 barbering //给顾客理发 } } Customer(){ //顾客进程i { wait(mutex); if(count>=4){ //如果理发店已经有四个顾客了 signal(mutex); leave //走人 } else{ //理发店里顾客不足4个 count++; //更新顾客人数 signal(mutex); } wait(wait_chair); //先请求坐等待时坐的椅子 signal(ready); //告诉理发师又有一位顾客准好了，等待理发 wait(barber_chair); //再请求坐理发椅 be barbered wait(mutex); count--; //更新店里的顾客人数 signal(mutex); } } 操作系统各章练习题汇总 并发处理练习题 一、单项选择题 1．任何两个并发进程之间存在着（）的关系。 A．各自完全独立 B．拥有共享变量 C．必须互斥 D．可能相互制约 2．并发进程执行的相对速度是（）。 A．由进程的程序结构决定的 B．由进程自己来控制的 C．在进程被创建时确定的 D．与进程调度策略有关的 3．并发进程执行时可能会出现“与时间有关的错误”，这种错误是由于并发进程（）引起的。 A．使用共享资源 B．执行的顺序性 C．要求计算时间的长短 D．程序的长度 4．并发进程中与共享变量有关的程序段称为（）。 A．共享子程序 B．临界区 C．管理区 D．公共数据区 5．用来实现进程同步与互斥的PV操作实际上是由（）过程组成的。 A．一个可被中断的 B．一个不可被中断的 C．两个可被中断的 D. 两个不可被中断的 6．进程从运行态变为等待态可能由于（）。 A．执行了V操作 B．执行了P操作 C．时间片用完 D．有高优先级进程就绪 7．用PV操作管理互斥使用的资源时，信号量的初值应定义为（）。 A．任意整数 B．1 C．O D．-1 8．现有n个具有相关临界区的并发进程，如果某进程调用P操作后变为等待状态，则调用P操作时信号量的值必定为（）。 A．≤0 B．1 C．n-1 D．n 9．用PV操作管理临界区时把信号量的初值定义为1，现已有一个进程在临界区，但有n 个进程在等待进人临界区，这时信号量的值为（）。 A．-1 B．1 C．-n D．n 10．用V操作唤醒一个等待进程时，被唤醒进程的状态应变成（）状态。 A．执行 B．就绪 C．运行 D．收容 11．有一共享文件可供n个并发进程使用，但限制最多m个进程（n≥m≥1）可同时读文件，用PV操作进行管理时其信号量的初值应该为（）。 A．n B．m C．n-m D．1 12．当一个任务需要若干进程协同完成时，进程之间需要交换一定数量的信息，把这种信息交换称为（）。 A．进程唤醒 B．进程通信 C．进程互斥 D．进程同步 13．进程间采用信箱通信方式时，send原语把发送者的信件存放到（）中。 A．信箱 B．消息缓冲区 C．接收者的PCB D．指定的工作区 14．采用信箱方式进行通信的系统中，信箱是一种（）资源。 A．可共享的硬件 B．不可共享的硬件 C．可共享的软件 D．不可共享的软件 15．使用PV操作后，（）系统死锁。 A．能检测 B．能解除 1.单选题：设与某资源关联的信号量初值为3，当前值为1。若 M 表示 该资源的可用个数，N 表示等待该资源的进程数，则M、N 分别是（）。 A. 0 、 1 B. 1 、2 C. 1、0 D. 2、 0 2.单选题：有关PV操作的说法中（）是错误的。 A.“进程调用V操作向其它进程发送消息” B.“ PV操作不能实现进程间通信” C.“ PV操作不仅是进程互斥的有效工具，而且是简单 方便的同步工具” D.“进程调用 P 操作测试自己所需的消息是否到达” 3.单选题：设有12个同类资源可供4个进程共享，资源分配情况如下 表所示。 进程已占用资源数最大需求数 P124 P236 P347 P414 目前剩余资源数为2。当进程P1， P2，P3，P4 又都相继提 出申请要求，为使系统不致死锁，应满足（）的要求。 A.P1 B.P4 C.P2 D.P3 4.单选题：有甲、乙两道算题，每道需执行 1 小时（其中处理器的工 作时间为12 分钟）。若它们在多道系统中执行，甲、乙两 道题总共需执行80 分钟，则处理器的利用率为（）。 A.30% B.20% C.40% D.50% 5.单选题：一个进程是（）。 A. 一个独立的程序+ 数据集 B.一个独立的程序 C.由协处理器执行的一个程序 D. PCB 结构、程序和数据的集合 6.单选题：信箱通信是一种（）通信方式。 A.直接 B.信号量 D.间接 7.单选题：S 为死锁状态的充要条件是（），该充要条件称为死锁定 理。 A. 当且仅当S 状态的资源转换图是可完全简化的 B. 当且仅当S 状态的资源转换图是不可完全简化的 C.当且仅当S 状态的资源分配图是可完全简化的 D. 当且仅当S 状态的资源分配图是不可完全简化的 8.单选题：有关并发进程相互之间的关系，正确的说法是（）。 A.肯定是有交往的 B.可能是无关的，也可能是有交往的 D.一定要互斥执行 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。操作系统 PV操作习题答案
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