6--PV操作习题讲述
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pv操作例题详细解释摘要:一、前言二、PV操作的定义和基本概念1.进程和线程2.同步和互斥3.PV操作的定义三、PV操作的实现和应用1.信号量机制2.PV操作的实现3.PV操作在实际应用中的例子四、PV操作的注意事项1.避免死锁2.合理设置超时时间3.使用PV操作的局限性五、总结正文:一、前言PV操作是操作系统中进程同步和互斥的一种常用手段,通过对进程的执行进行控制,确保系统资源得到高效利用。
本文将详细解释PV操作的原理、实现和应用,并给出在使用PV操作时需要注意的事项。
二、PV操作的定义和基本概念1.进程和线程进程是计算机中程序执行的基本单位,是资源分配的独立单位。
线程是进程内部的一个执行流程,是调度的基本单位。
一个进程可以包含多个线程,线程之间共享进程的资源。
2.同步和互斥同步是指多个进程或线程在执行过程中,需要相互配合,使得它们能够顺序、有序地执行。
互斥是指在同一时间,只允许一个进程或线程访问某个共享资源。
3.PV操作的定义PV操作,即P操作(wait)和V操作(signal),是一种基于信号量的同步和互斥机制。
P操作会使得信号量值减一,如果信号量值为零,则进程或线程会进入等待状态;V操作会使得信号量值加一,如果有进程或线程在等待,则唤醒其中一个。
三、PV操作的实现和应用1.信号量机制信号量是操作系统中用于表示资源数量或状态的变量。
信号量有两种类型:二进制信号量(只有0和1两个值,用于实现互斥锁)和计数信号量(可以有大于1的值,用于表示可重入锁)。
2.PV操作的实现P操作可以通过执行wait函数实现,V操作可以通过执行signal函数实现。
wait函数会使信号量值减一,如果信号量值为零,则阻塞调用进程或线程;signal函数会使信号量值加一,如果有进程或线程在阻塞状态,则唤醒其中一个。
3.PV操作在实际应用中的例子PV操作在实际应用中广泛用于实现各种同步和互斥机制,例如生产者-消费者问题、互斥锁、条件变量等。
???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 L22、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。
pv操作例题详细解释摘要:一、前言二、PV 操作的定义和基本概念1.进程和线程2.同步和互斥3.PV 操作的引入三、PV 操作的实现和原理1.信号量机制2.PV 操作的两种形式a.P 操作b.V 操作3.PV 操作的执行过程四、PV 操作在实际应用中的案例1.生产者- 消费者问题2.互斥锁的实现3.条件变量与等待队列五、PV 操作在多线程编程中的重要性六、总结正文:一、前言随着计算机技术的发展,多线程编程已经成为了软件开发中的重要部分。
在多线程编程中,如何实现进程和线程之间的同步和互斥,保证系统的稳定性和正确性,成为了关键问题。
PV 操作,作为操作系统中提供的一种同步和互斥机制,能够有效地解决这些问题。
本文将对PV 操作进行详细解释,以帮助读者更好地理解和应用PV 操作。
二、PV 操作的定义和基本概念1.进程和线程进程是计算机中程序执行的基本单位,它拥有独立的内存空间和系统资源。
线程是进程内部的一个执行流程,多个线程可以共享进程的内存空间和系统资源。
2.同步和互斥同步是指多个线程在执行过程中,需要等待某个条件满足后才能继续执行。
互斥是指在同一时刻,只允许一个线程访问某个共享资源。
3.PV 操作的引入为了实现进程和线程之间的同步和互斥,操作系统引入了PV 操作。
PV 操作通过信号量机制实现,可以控制多个线程对共享资源的访问,从而保证系统的稳定性和正确性。
三、PV 操作的实现和原理1.信号量机制信号量是操作系统中用于表示资源数量和状态的一种数据结构。
信号量有两个操作:P 操作和V 操作。
P 操作用于减小信号量,如果信号量为0,则线程需要等待;V 操作用于增大信号量,如果有线程在等待,则唤醒其中一个线程。
2.PV 操作的两种形式a.P 操作P 操作用于减小信号量,即对信号量执行P 操作后,信号量的值加1。
如果信号量的值为0,表示没有资源可用,线程需要等待。
b.V 操作V 操作用于增大信号量,即对信号量执行V 操作后,信号量的值减1。
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(){cobeginP1( );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。
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=1P(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=1P (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+1V (MD)过桥P (MD)CD=CD-1IF (CD=0){V (MUTEX) }V (MD)从西向东:P (MX)IF (CX=0){P (MUTEX) }CX=CX+1V (MX)过桥P (MX)CX=CX-1IF (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。