PV操作的例题

1、PV操作的例题    一、线程是进程的一个组成部分，一个进程可以有多个线程，而且至少有一个可执行线程。进程的多个线程都在进程的地址空间内活动。资源是分给进程的，而不是分给线程的，线程需要资源时，系统从进程的资源配额中扣除并分配给它。处理机调度的基本单位是线程，线程之间竞争处理机，真正在处理机上运行的是线程。线程在执行过程中，需要同步。    二、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：  

2、  P（S）：将信号量S的值减1，即S=S-1；           如果S>=0，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）：将信号量S的值加1，即S=S+1；           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

3、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S>=0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

4、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&#

5、160;                                            P（S）；      &

6、#160;       P（S）；                         P（S）；临界区；             临界区；   

7、0;                    临界区；V（S）；              V（S）；               

8、         V（S）；                                           

9、60; 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

10、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。    （2）信号量的初值与相应资源的数量有关，也与P、V操作在程序代码中出现的位置有关。  

11、60; （3）同一信号量的P、V操作要成对出现，但它们分别在不同的进程代码中。 例题一：过桥问题   解：设信号量初值S=1           汽车进程Pi(i=1,2,3,)           到达桥头           P(s)  

12、;         桥行驶           到达桥另一端           V(s)例题二若有一售票厅只能容纳300人，当少于300人时，可以进入。否则，需在外等候，若将每一个购票者作为一个进程，请用P、V操作编程。        解

13、：信号量初值S=300                购票者进程Pi(i=1,2,3,)                P(s)              &#

14、160; 进入售票厅                购票                退出售票厅                V(s) 

15、                           例题三有一只铁笼子，每次只能放入一只动物，猎手向笼中放入老虎，农民向笼中放入猪，动物园等待取笼中的老虎，饭店等待取笼中的猪，试用P、V操作写出能同步执行的程序。解：两个生产者和两个消费者共享了一个仅能存放一件产品的缓冲器，生产者各自生产不同的产品，消费者各自取自己需要的产品，

16、P、V操作编程为：猎手进程    农民进程    动物园进程      饭店进程   P(s)        P(s)        P(s1)          P(s2)   放入虎   

17、;  放入猪       买老虎         买猪   V(s1)       V(s2)       V(s)           V(s)其中S初值=1，S1=S2=0 例题四桌上有一只盘子，

18、每次只能放入一个水果。爸爸专向盘中放苹果，妈妈专向盘中放桔子，女儿专等吃盘中的苹果，儿子专等吃盘中的桔子。用P、V操作写出它们能正确同步的程序。（同例六详解）解：信号量初值S1=0，S2=0，S=1 爸爸进程   妈妈进程   女儿进程  儿子进程  repeat         repeat          repeat   

19、;       repeat     P(s)          P(s)          P(s1)           P(s2)     放苹果  &#

20、160;   放桔子        取苹果           取桔子     V(s1)         V(s2)        V(s)      

21、60;      V(s)  until false    until false  until false  until false例题五 设有两个优先级相同的进程P1和P2如下，S1和S2初值均为0，求：P1，P2并发执行结束后，x,y,z分别是多少？           进程P1        

22、;          进程P2           y:=1;                      x:=1;       

23、    y:=y+2;                  x:=x+1;           V(s1);                &

24、#160;   P(s1);           z:=y+1;                  x:=x+y;           P(s2);     &

25、#160;               V(s2)           y:=z+y;                  z:=x+z;解：因为P1、P2是并发进程，所以P1和P2调度顺序不

26、确定。假设P1先执行，当P1执行到P(s2)时，s2=-1，P1阻塞，此时y=3,z=4;当调度程序调度到P2时，由于进程P1巳执行到了V(s1),P2在执行P(s1)时，不阻塞而继续执行，当执行到V(s2)时，将P1唤醒，然后执行到最后一个语句，此时x=5,z=9;当P1再次被唤醒、调度时，继续执行P1的最后一处语句，此时y=12.所以最后结果是：x=5,y=12,z=9.如果P2先执行，结果同上 【例题五】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

27、，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

28、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1n-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); &

29、#160;   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

30、，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1n-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);&#

31、160;    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； 

32、  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。【例题六】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。

33、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。    解：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 S1;int Sa0;int So0;     

34、main()              cobegin            father();                 son();     

35、0;             daughter();           coend        father()            while(1)     &#

36、160;                P(S);            将水果放入盘中;            if（放入的是桔子）V(So);        

37、;    else  V(Sa);                    son()            while(1)              

38、0;        P(So);             从盘中取出桔子;             V(S);             吃桔子;  &

39、#160;                 daughter()             while(1)                     &

40、#160;    P(Sa);              从盘中取出苹果;              V(S);              吃苹果;  

41、0;          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：              

42、0;     。    （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()                &

43、#160; C()                 D()                                 

44、60;                                 1;                3;   &

45、#160;              5;                 7;      read F;             read

46、 F;                read F;              read F;     2;              &#

47、160; 4;                  6;                 8;               

48、0;                                               思考题解答：（1）定义二个信号量S1、S2，初值均为1，即：S

49、1=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)习题1:有三个并发进程使用同一个缓冲区,进程P1负责读数据到缓冲区,P2负责加工缓冲区中的数据,进程P3负责将缓冲区中加工后的数据输出.在进程P3没有输完之前,进程P1不能读入新的数据到缓冲区中.请用P、V操作编程.解：信号量初值：S1=0，S2=0，S3=0           进程P1 

50、0;       进程P2        进程P3           读数据到        P(S1)           P(S2)     &

51、#160;      缓冲区            加工           输出            V(S1)             V(S2)           V(S3)            P(S3) 习题2：设有六个进程P1、P2、P3、P4、P5、P6，它们并发执行。由P1开始执行