信号量的PV操作（例题）

？？？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

Mother进程：

? 将桔子放入盘中 Son进程：

? 从盘中取出桔子 ? 吃桔子 Daughter进程：

? 从盘中取出苹果 ? 吃苹果

第二步：确定进程的同步、互斥关系

? 同步：Father当盘中无水果时，才可以将苹果放入盘中 ? 同步：Mother当盘中无水果时，才可以将桔子放入盘中 ? 同步：Son当盘中有桔子时，才可以从盘中取出桔子

? 同步：Daughter当盘中有苹果时，才可以从盘中取出苹果

第三步：设置信号量

? 盘中无水果，Sp，初值1 ? 盘中有桔子，So，初值0 ? 盘中有苹果，Sa，初值0

第四步：用伪代码描述

begin

Sp,So,Sa：semaphore; Sp :=1; So :=0; Sa :=0;

cobegin

Father ( ); Mother ( ); Son ( );

Daughter ( ); coend; end;

process Father ( ) begin

L1: P（Sp）;

将苹果放入盘中； V（Sa）; goto L1; end;

process Mother ( ) begin

L2: P（Sp）;

将桔子放入盘中； V（So）;

goto L2; end;

process Son ( ) begin

L3: P（So）;

从盘中取出桔子； V（Sp） 吃桔子； goto L3； end;

process Daughter ( ) begin

L4: P（Sa）;

从盘中取出苹果； V（Sp） 吃苹果； goto L4； end;

（2）

第一步：确定进程

3个进程Father（爸爸）、Mother（妈妈）、Son（儿子） Father进程：

? 将苹果放入盘中 Mother进程：

? 将桔子放入盘中 Son进程：

? 从盘中取出水果（桔子或苹果） ? 吃水果（桔子或苹果）

第二步：确定进程的同步、互斥关系

? 同步：Father当盘中无水果时，才可以将苹果放入盘中 ? 同步：Mother当盘中无水果时，才可以将桔子放入盘中

? 同步：Son当盘中有水果（桔子或苹果）时，才可以从盘中取出水果

第三步：设置信号量

? 盘中无水果，empty，初值1 ? 盘中有水果（桔子或苹果），full，初值0

第四步：用伪代码描述

begin

empty, full：semaphore; empty:=1; full :=0;

cobegin

Father ( ); Mother ( ); Son ( ); coend; end;

process Father ( ) begin

L1: P（empty）; 将苹果放入盘中； V（full）; goto L1; end;

process Mother ( ) begin

L2: P（empty）; 将桔子放入盘中； V（full）; goto L2; end;

process Son ( ) begin

L3: P（full）; 从盘中取出水果; V（empty）; 吃水果; goto L3； end;

3. 某工厂有一个可以存放设备的仓库，总共可以存放10台设备。生产的每一台设备都必

须入库，销售部门可从仓库提出设备供应客户。设备的入库和出库都必须借助运输工具。现只有一台运输工具，每次只能运输一台设备。请设计一个能协调工作的自动调度管理系统。

参考答案：

第一步：确定进程

可以为入库（Pin）和出库（Pout）各设置一个进程 Pin进程：

? 生产了一台设备 ? 使用运输工具入库 Pout进程：

? 使用运输工具出库

? 提出设备供应客户

第二步：确定进程的同步、互斥关系

? 同步：当仓库中有空余位置存放设备时，设备才可以入库 ? 同步：当仓库中有存放的设备时，设备才可以出库 ? 互斥：运输工具是临界资源，要互斥访问

第三步：设置信号量

? 仓库中有空余位置数量，empty，初值10 ? 仓库中有存放的设备数量，full，初值 0

? 为运输工具设置互斥信号量S，初值 1，表示当前可用

第四步：用伪代码描述

begin

empty, full, S：semaphore; empty := 10;

full := 0; S := 1; cobegin Pin (); Pout (); coend; end;

process Pin ( ) begin

L1: 生产了一台设备 ;

P（empty）;

P (S);

使用运输工具入库; V （S）;

V（full）; goto L1; end;

process Pout ( ) begin

L2: P（full）;

P (S);

使用运输工具出库; V （S）; V（empty）;

提出设备供应客户;

goto L2; end;

4、写者优先的“读者――写者”问题：

Sin, Sout, seat：semaphore; seat :=100; Sin := 1; Sout := 1;

cobegin

process Reader-i ( i = 1,2,…,n ); begin

P(seat); P(Sin);

登记; V(Sin); 进入阅览室; 读书;

离开阅览室; P(Sout); 注销;

V(Sout);

V（seat）; end coend; end;

17、设一个机票订购系统有n个售票处，每个售票处通过网络终端访问系统的公共数据区，假定公共数据区中的一些单元Aj（j＝1,2,……）分别存放各次航班的余票数，售票时，若某次航班还有余票，则售给乘客，否则，拒绝售票。请用信号量的PV操作实现各售票进程的并发执行。

解: 设Pi（i=1,2,…,n）表示各售票处的售票处理进程，公共数据区是多个售票进程共享的临界资源，为其设置互斥信号量S，初值为1，表示资源可用。算法描述如下：

begin

S：semaphore; S :=1; cobegin

process Pi(i=1,2,…,n) begin

Ri：integer // 表示各进程执行时所用的工作单元 P（S） Ri := Aj;

if Ri ≥1 then begin Ri := Ri －1；

Aj := Ri；

V（S）； 输出一张票 end

else begin V（S）； 输出“票已售完”信息；

end； end； coend； end；

注意：算法中“else”部分的V操作不能少，否则当进程在临界区中判别条件Ri ≥1不成立时无法退出临界区，当然也就不能唤醒等待进入临界区的其它进程，这就违反了同步机制应遵循的“空闲让进”和“有限等待”两个原则。

18、有三个进程PA、PB、PC合作解决文件打印问题：PA将文件记录从磁盘读入内存的缓冲区1，每执行一次读一个记录；PB将缓冲区1的记录复制到缓冲区2，每执行一次复制一个记录；PC打印缓冲区2中的记录，每执行一次打印一个记录。每个缓冲区只能存放一个记录。请用信号量机制实现文件的正确打印。

解：本题中，进程PA、PB、PC之间的合作关系如图2－3所示：

PA读入记录缓冲区1PB复制缓冲区2PC打印

图2－3 文件打印流程图

当缓冲区1为空时，PA可将记录读入其中，否则，PA需等待；当缓冲区1有记录而缓冲区2为空时，PB可进行复制工作，否则PB需等待；当缓冲区2有记录时，PC可打印记录，否则PC需等待。为此，设置4个信号量empty1、empty2、full1、full2，其中empty1、empty2分别表示缓冲区1和缓冲区2是否为空，初值均为“1”；full1、full2分别表示缓冲区1和缓冲区2中是否有记录，其初值均为“0”。算法描述如下：

begin process PA ( )

empty1,empty2,full1,full2：semaphore; empty1 :=1; empty2 :=1; full1 :=0; full2 :=0;

cobegin

PA ( ); PB ( ); PC ( ); coend; end;

begin

L1: 从磁盘读一个记录; P（empty1）; 将记录存入缓冲区1； V（full1）; goto L1 end;

process PB ( ) begin

L2: P（full1）;

从缓冲区1取一个记录； V（empty1） P（empty2）; 将记录存入缓冲区2； V（full2）; goto L2 end;

process PC ( ) begin

L3: P（full2）

从缓冲区2取出一个记录; V（empty2）; 打印输出记录； goto L3 end;

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