进程同步问题总结

 
  
   
  
 生产者-消费者问题类 
 由三个进程get，copy和put以及两个缓冲区buffer1和buffer2完成一项输入/输出操作。进程get的功能是把一张卡片上的信息从读卡机上读进buffer1；进程copy的功能是把buffer1中的信息复制到buffer2；进程put的功能是取出buffer2中的信息并从打印机上打印输出。试用P、V操作完成这三个进程间的尽可能并发正确执行的关系(用程序或框图表示)，并指明信号量的作用和初值。
 分析：可设置6个信号量mutex1，mutex2，empty1，empty2，full1，full2。
 mutex1和mutex2是互斥信号量，初值为1，分别用于对buffer1和buffer2的互斥访问；
 empty1和empty2为同步信号量，初值为1，分别表示buffer1和buffer2是否空闲，1表示空闲，0表示不空闲；
 full1和full2为同步信号量，初值为0，分别表示buffer1和buffer2中是否有可取用的信息，1表示有可取用的信息，0表示无可取用的信息。semaphore mutex1, mutex2, empty1, empty2, full1, full2 ;
mutex1=mutex2=1;		//互斥信号量
empty1=empty2=1;		//生产者进程的同步信号量
full1=full2=0;		//消费者进程的同步信号量

parbegin
	process get( )  //读进程(生产者进程)
	{
      
      
		while (1) {
      
      
			从读卡机读入一张卡片的信息;
			P(empty1);	//看看buffer1是否空闲
			P(mutex1);	//互斥访问buffer1
			将信息放入buffer1;
			V(mutex1);
			V(full1);	//通知进程copy，buffer1中已有信息可取(若copy正在等待，则唤醒之)
		}
	}
	
	process copy( )  //复制进程(既是消费者又是生产者进程)
	{
      
      
		while (1) {
      
      
			P(full1)	//看看buffer1是否有信息可取
			P(mutex1); 	//互斥访问buffer1
			从buffer1中复制出信息;
			V(mutex1);
			V(emtpy1); 	//通知get，buffer1中的信息已取走(可能唤醒get)
			P(empty2);	//看看buffer2是否空闲
			P(mutex2);	//互斥访问buffer2
			将复制的信息放入buffer2;
			V(mutex2);
			V(full2);	//通知put，buffer2中已有信息
		}
	}
	
	process put( ){
      
      		//输出进程(消费者进程)
		while (1) {
      
      
			P(full2);		//测试buffer2中是否有信息
			P(mutex2);	//互斥访问buffer2
			从buffer2中取出信息;
			V(mutex2);
			V(empty2);	//通知copy，buffer2中的信息已取走
		}
	}
parend
 
若一只盘子一次只能放一个水果，A只往盘中放苹果，B只往盘中放梨子，C只从盘中取苹果，D只从盘中取梨子。试用：(1) 信号量和P、V操作；(2) 管程，写出同步算法。采用P、V操作的同步算法如下：
semaphore SAB=1;   //A、B的资源信号量，同时又是它们的互斥信号量
semaphore SC=0;    //C的资源信号量(用于与A同步)
semaphore SD=0;    //D的资源信号量(用于与B同步)

begin
	parbegin
	process A:      //进程A的算法描述
	{
      
      
		while(true) {
      
      
			取一个苹果；
			wait(SAB);    //测试盘子是否为空
			将一苹果放入盘中；
			signal(SC)    //通知C盘中已有苹果(可能唤醒C)
		}
	}
	process C:
	{
      
      
		while(true) {
      
      
			wait(SC);    //测试盘子是否有苹果
			从盘中取出苹果;
			signal(SAB);    //通知A(或B)盘子已经空(可能唤醒A或B)
			消费该苹果;
		}
	}
	process B:      //进程B的算法描述
	{
      
      
		while(true) {
      
      
			取一个梨子；
			wait(SAB);    //测试盘子是否为空
			将一梨子放入盘中；
			signal(SD)    //通知D盘中已有梨子(可能唤醒D)
		}
	}
	process D:
	{
      
      
		while(true) {
      
      
			wait(SD);    //测试盘子是否有梨子
			从盘中取出梨子;
			signal(SAB);    //通知A(或B)盘子已经空(可能唤醒A或B)
			消费该梨子;
		}
	}
	parend
end
 采用管程的同步算法如下：
首先定义管程MPC，该管程可描述如下：
type MPC=monitor
   var flag: integer;	//flag=0:盘中无水果；=1盘中有苹果；=2盘中有梨子
   empty: condition;	//用于A或B等待空盘子
   W: array[1..2] of condition	//W[1]用于等待苹果，W[2]用于等待梨子
   
   procedure entry put(integer k)
     begin
		if flag>0 then empty.wait; //生产者A或B进程阻塞
		flag=k;
		放一k号水果入盘中;	//设1号水果为苹果，2号水果为梨子
		if W[k].queue then full.signal;  //若有等待k号水果者，则唤醒之
     end
     
  procedure entry get(integer k)
     begin
         if flag<k then W[k].wait;	//消费者C或D进程阻塞
        从盘中取k号水果;
         flag := 0;
         if empty.queue then empty.signal;  //若等待队列非空，则唤醒队首的一个生产者进程
  	 end
   
begin
   flag :=0;  //初始化内部数据
end

A、B、C、D四个进程的同步算法可描述如下：
parbegin
	Process A
		begin
			任取一个苹果;
			MPC.put(1);
		end
		
	Process B
		begin
			任取一个梨子;
			MPC.put(2);
		end
		
	Process C
		begin
			MPC.get(1);
			吃苹果;
		end
		
	Process D
		begin
			MPC.get(2);
			吃梨子;
		end
parend
 
设自行车生产车间有两个货架，货架A可以存放8个车架，货架B可以存放20个车轮；又设有4个工人，他们的活动是重复劳动，分别为：工人1 加工一个车架放入货架A中；工人2、3分别加工车轮放入货架B中（每人每次放入1个车轮）；工人4从货架A中取一个车架，再从货架B中取两个车轮，组装成一辆自行车。试用PV操作实现四个工人的合作。
 分析：信号量Aempty表示货架A的空位数，其初值为8；信号量Afull表示货架A上存放的车架数，其初值为0；信号量Bempty表示货架B的空位数，其初值为20；信号量Bfull表示货架B上存放的车轮数，其初值为0；信号量mutex用于互斥（初值为1）BEGIN
semaphore Aempty，Bempty，Afull，Bfull，mutex；
Aempty ：= 8；Bempty ：= 20；Afull ：= 0；Bfull ：= 0；mutex ：=1；

PARBEGIN
	Worker1：BEGIN
		L1：生产1个车架；
		P（Aempty）；		//测试货架A是否有空位置
		P（mutex）；			//互斥使用货架A
		车架放到货架A；
		V（Afull）；			//货架A上的车架数增1，必要时唤醒等待的进程
		V（mutex）；
		goto L1；
	END
	
	Worker2、3：BEGIN
		L2：生产1个车轮；
		P（Bempty）；		//测试货架B是否有空位置
		P（mutex）；		//互斥使用货架B
		车轮放到货架B；
		V（Bfull）；		//货架B上的车轮数增1，必要时唤醒等待的进程
		V（mutex）；
		goto L2；
	END
	
	Worker4：BEGIN
		L3：P（Afull）；				//测试货架A上是否有车架
		P（Bfull）；P（Bfull）；	//测试货架B上是否有2个车轮
		P（mutex）；
		取1个车架；取2个车轮；
		V（Aempty）；			//货架A空位置增1
		V（Bempty）；V（Bempty）；//货架B空位置增2
		V（mutex）；
		组装成一辆自行车；
		goto L3；
	END
PAREND
END
 
 
 读者-写者问题 
 读者优先：为实现对共享文件的互斥访问，设置互斥信号量rw，初值为1；再设置一个整型变量count表示正在读的进程数目。
但这时有一个问题：第一个读进程进来时，需要对共享文件进行加锁，即if(count == 0) P(rw);，然后count++，这时第二个读进程进来，会触发P(rw)，那么读进程便无法执行下去。
为此需要设置一个互斥信号量mutex来保证各个读进程对count的互斥访问semaphore rw = 1, mutex = 1;
int count = 0;

void reader(){
      
      
	while(TRUE){
      
      
		wait(mutex);//保护count共享变量，在第二个读进程进来时，不会触发if判断
		if(count == 0) wait(rw);//第一个读进程到达时，写进程不能进行
		count++;
		signal(mutex);
		...
		读文件
		...
		wait(mutex);
		count--;
		if(count == 0) signal(rw);//保证最后一个读进程读完时，释放rw
		signal(mutex);
	}
}

void writer(){
      
      
	while(TRUE){
      
      
		wait(rw);
		写文件
		signal(rw);
	}
}
 
写者优先：一旦有写者到达，后续的读者必须等待。增加一个信号量，在写进程到达时封锁后续读进程	semaphore rw = 1, mutex = 1, w = 1;
	int count = 0;
	
	void reader(){
      
      
		while(TRUE){
      
      
			wait(w);
			wait(mutex);//保护count共享变量，在第二个读进程进来时，不会触发if判断
			if(count == 0) wait(rw);//第一个读进程到达时，写进程不能进行
			count++;
			signal(mutex);
			signal(w);
			...
			读文件
			...
			wait(mutex);
			count--;
			if(count == 0) signal(rw);//保证最后一个读进程读完时，释放rw
			signal(mutex);
		}
	}
	
	void writer(){
      
      
		while(TRUE){
      
      
			wait(w);
			wait(rw);
			写文件
			signal(rw);
			signal(w);
		}
	}
 
 
进程同步问题总结

生产者-消费者问题类

读者-写者问题

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