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木木情深
 木木情深
发布于 2014/02/14 13:29
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【例1】生产者-消费者问题
在多道程序环境下,进程同步是一个十分重要又令人感兴趣的问题,而生产者-消费者问题是其中一个有代表性的进程同步问题。下面我们给出了各种情况下的生产者-消费者问题,深入地分析和透彻地理解这个例子,对于全面解决操作系统内的同步、互斥问题将有很大帮助。

(1)一个生产者,一个消费者,公用一个缓冲区。
定义两个同步信号量:
empty——表示缓冲区是否为空,初值为1
   full——表示缓冲区中是否为满,初值为0。
生产者进程

while(TRUE){

生产一个产品
;
     
P(empty);
     
产品送往Buffer;
     
V(full);
}

消费者进程

while(True){
P(full);

   
从Buffer取出一个产品;
   
V(empty);
   
消费该产品;
   
}
2)一个生产者,一个消费者,公用n个环形缓冲区。
定义两个同步信号量:

empty
——表示缓冲区是否为空,初值为n。
full
——表示缓冲区中是否为满,初值为0。

    设缓冲区的编号为1~n-1,定义两个指针in和out,分别是生产者进程和消费者进程使用的指
,指向下一个可用的缓冲区。

生产者进程

while(TRUE){

     
生产一个产品;
     
P(empty);
     
产品送往buffer(in);
     
in=(in+1)mod n
     
V(full);
}

消费者进程

while(TRUE){

 
P(full);
   
从buffer(out)中取出产品;
   
out=(out+1)mod n
   
V(empty);
   
消费该产品;
   
}

3)一组生产者,一组消费者,公用n个环形缓冲区
    
在这个问题中,不仅生产者与消费者之间要同步,而且各个生产者之间、各个消费者之间还必须互斥地访问缓冲区。
定义四个信号量:

empty
——表示缓冲区是否为空,初值为n。
full
——表示缓冲区中是否为满,初值为0。
mutex1
——生产者之间的互斥信号量,初值为1。
mutex2
——消费者之间的互斥信号量,初值为1。

    设缓冲区的编号为1~n-1,定义两个指针in和out,分别是生产者进程和消费者进程使用的指针,指向下一个可用的缓冲区。
生产者进程

while(TRUE){

     
生产一个产品;
     
P(empty);
     
P(mutex1)
     
产品送往buffer(in);
     
in=(in+1)mod n
     
V(mutex1);
     
V(full);
}

消费者进程

while(TRUE){

 
P(full)
   P(mutex2)

   
从buffer(out)中取出产品;
   
out=(out+1)mod n
   
V(mutex2);
   
V(empty);
   
消费该产品;
   
}
  需要注意的是无论在生产者进程中还是在消费者进程中,两个P操作的次序不能颠倒。应先执行同步信号量的P操作,然后再执行互斥信号量的P操作,否则可能造成进程死锁。

【例2】桌上有一空盘,允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果,也可向盘中放桔子,儿子专等吃盘中的桔子,女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘空时一次只能放一只水果供吃者取用,请用P、V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。

分析 在本题中,爸爸、儿子、女儿共用一个盘子,盘中一次只能放一个水果。当盘子为空时,爸爸可将一个水果放入果盘中。若放入果盘中的是桔子,则允许儿子吃,女儿必须等待;若放入果盘中的是苹果,则允许女儿吃,儿子必须等待。本题实际上是生产者-消费者问题的一种变形。这里,生产者放入缓冲区的产品有两类,消费者也有两类,每类消费者只消费其中固定的一类产品。

    :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l;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();      /*父亲进程*/
            
son();        /*儿子进程*/
          
  daughter();    /*女儿进程*/
        
coend
    

   
 father()
    
{
        
while(1)
          
{
            
P(S);
            
将水果放入盘中;
            
if(放入的是桔子)V(So);
            
else  V(Sa);
           
}
     
}
    
son()
    
{
        
while(1)
          
{
             
P(So);
             
从盘中取出桔子;
           
  V(S);
             
吃桔子;
            

    
}
    
daughter()
    
{
         
while(1)
            
{
              
P(Sa);
              
从盘中取出苹果;
              
V(S);
              
吃苹果;
            


 

思考题:

四个进程A、B、C、D都要读一个共享文件F,系统允许多个进程同时读文件F。但限制是进程A和进程C不能同时读文件F,进程B和进程D也不能同时读文件F。为了使这四个进程并发执行时能按系统要求使用文件,现用PV操作进行管理,请回答下面的问题:
    
(1)应定义的信号量及初值:                    
    
(2)在下列的程序中填上适当的P、V操作,以保证它们能正确并发工作:
     
A()                B()                  C()                 D()
      {                 {                    {                  {
      [1];                [3];                  [5];                 [7];
      read F;             read F;                read F;              read F;
     [2];                [4];                  [6];                 [8];
      }                  }                    }                  } 

    思考题解答:
1)定义二个信号量S1、S2,初值均为1,即:S1=1,S2=1。其中进程A和C使用信号量S1,进程B和D使用信号量S2。
2)从[1]到[8]分别为:P(S1) V(S1) P(S2) V(S2) P(S1) V(S1) P(S2) V(S2)



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