第4章进程同步与进程通信

第4章进程同步与进程通信

一、填空

1．信号量的物理意义是当信号量值大于零时表示可用资源个数；当信号量值小于零时，其绝对值为等待进程个数。

2．所谓临界区是指进程程序中。

3．用P、V操作管理临界区时，一个进程在进入临界区前应对信号量执行p 操作，退出临界区时应对信号量执行v 操作。

4．有m个进程共享一个临界资源。若使用信号量机制实现对临界资源的互斥访问，则该信号量取值最大为 1 ，最小为1-m 。

5．对信号量S的P操作原语中，使进程进入相应信号量队列等待的条件是s<0 。

6．信箱在逻辑上被分为信箱头和信箱体两部分。

7．在操作系统中进程间的通信可以分为高级通信与低级通信两种。

二、选择

1．P、V操作是。

A．两条低级进程通信原语B．两条高级进程通信原语

C．两条系统调用命令D．两条特权指令

2．进程的并发执行是指若干个进程。

A．共享系统资源B．在执行的时间上是重叠的

C．顺序执行D．相互制约

3．若信号量S初值为2，当前值为?1，则表示有个进程在与S相关的队列上等待。

A．0 B．1 C．2 D．3

4．用P、V操作管理相关进程的临界区时，信号量的初值应定义为。

A．?1 B．0 C．1D．随意

5．用V操作唤醒一个等待进程时，被唤醒进程的状态变为。

A．等待B．就绪C．运行D．完成

6．若两个并发进程相关临界区的互斥信号量MUTEX现在取值为0，则正确的描述应该是。

A．没有进程进入临界区（MUTEX=1）

B．有一个进程进入临界区（MUTEX=0）

C．有一个进程进入临界区，另一个在等待进入临界区（MUTEX=-1）

D．不定

7．信箱通信是进程间的一种通信方式。

A．直接B．间接C．低级D．信号量

三、问答

1．进程A 和B 共享一个变量，因此在各自的程序里都有自己的临界区。现在进程A 在临界区里。试问进程A 的执行能够被别的进程打断吗（可以）？能够被进程B 打断吗（这里，“打断”的含义是调度新进程运行，使进程A 暂停执行）（不可以）？

2．信号量上的P 、V 操作只是对信号量的值进行加1或减1操作吗（否）？在信号量上还能够执行除P 、V 操作外的其他操作吗？（不能）

3. 进程在运行时存在哪两种形式的制约？并举例说明之。（互斥和同步）

4． 同步机构应遵循哪些基本准则？为什么？（空闲让进，忙则等待，让权等待，有限等待）

5．试比较进程间的低级与高级通信工具。

6．当前有哪几种高级通信机制？

7．消息队列通信机制有哪几方面的功能？

四、计算

1．在公共汽车上，司机和售票员的工作流程如图1所示。为了确保行车安全，试用信号量及其P 、V 操作来协调司机和售票员的工作。

解：设信号量 s1=0;/*不能启动车辆*/

S2=0;/*不能开车门*/

司机：

售票员：

图1 司机与售票员 2．今有3个并发进程R 、S 、T ，它们共享一个缓冲区B 。进程R 负责从输入设备读入信息，每读出一个记录后就把它存入缓冲区B 中；进程S 利用缓冲区B 加工进程R 存入的记录；进程T 把加工完毕的记录打印输出。缓冲区B 一次只能存放一个记录。只有在进程T 把缓冲区里的记录输出后，才能再往里存放新的记录。试用信号量及其P 、V 操作控制这3个进程间的的正确工作关系。

解：设信号量：s1=1;/*缓冲区b 能放一个记录*/

S2=0;/*缓冲中没有可以加工的记录*/

S3=0;/*缓冲中没有可以打印的记录*/

R( )

{ while(1)

{ 取到一个记录；

P(s1);

将记录放入缓冲；

V(s2);

}

}

S( )

{while(1)

{ p(s2);

将b中记录加工；

V(s3);

}

}

T( )

{ while(1)

{ p(s3);

将b中记录取出；

V(s1);

打印记录；

}

}

3．假定有3个进程R、W1、W2共享一个缓冲区B，B中每次只能存放一个数。进程R从输入设备读入一个数，把它存放到缓冲区B里。如果存入的是奇数，则由进程W1取出打印；如果存入的是偶数，则由进程W2取出打印。规定进程R只有在缓冲区B为空或内容已经被打印后才能进行存放；进程W1和W2不能从空缓冲区里取数，也不能重复打印。试用信号量及其P、V操作管理这3个进程，让它们能够协调地正确工作。

4. 如果有n个进程共享一个互斥段：

（1）如果每次只允许一个进程进入互斥段。S=1,[-1,1]

（2）如果每次最多允许m个进程同时进入互斥段（m

问采用的信号量初值是否相同？信号量值的变化范围如何？

五、软考、考研真题

1、三个进程P1、P

2、P3互斥使用一个包含N（N>0）个单元的缓冲区。P1每次用produce （）生成一个正整数并用put（）送入缓冲区某一空单元中；P2每次用getodd（）从该缓冲区中取出一个奇数并用countodd（）统计奇数个数；P3每次用geteven（）从该缓冲区中取出一个偶数并用counteven（）统计偶数个数。请用信号量机制实现这三个进程的同步与互斥活动，并说明所定义的信号量的含义。要求用伪代码描述。【2009】

2、进程P0和P1的共享变量定义及其初值为.【2010】

Boolean flag[2]；

int turn=0;

flag[0]=faulse; flag[1]=faulse;

若进程P0和P1访问临界资源的类C代码实现如下。

Void P0 () //进程P0

{

while (TURE){

Flag[0]=TURE; turn=1;

While (flag[1]&&(turn==1));

临界区；

Flag[0]=FALSE;

}

}

Void P1 () //进程P1

{

while (TURE){

Flag[1]=TURE;turn=0;

While (flag[0]&&(turn==0));

临界区；

Flag[1]=FALSE;

}

}

则并发执行进程P0和P1时产生的情况是（）。

A.不能保证进程互斥进入临界区，会出现“饥饿”现象

B.不能保证进程互斥进入临界区，不会出现“饥饿”现象

C.能保证进程互斥进入临界区，会出现“饥饿”现象

D.能保证进程互斥进入临界区，不会出现“饥饿”现象

3、有两个并发执行的进程P1和P2，共享初值为1的变量x。P1对x加1，P2对x减1。加1和减1操作的指令序列分别如下所示。【2011】

//加1操作//减1操作

load R1, x //取x的值到寄存器R1中load R2, x

inc R1 dec R2

store x,R1 //将R1的内容存入x store x,R2

两个操作完成后，x的值为（）。

A.可能为-1或3

B.只能为1

C.可能为0、1或2

D.可能为-1、0、1或2

4、某银行提供1个服务窗口和10个供顾客等待的座位。顾客到达银行时，若有空座位，则到取号机上领取一个号，等待叫号。取号机每次仅允许一位顾客使用。当营业员空闲时，通过叫号选取一位顾客，并为其服务。顾客和营业员的活动过程描述如下。【2011】解：设信号量s1=1;/*互斥使用取号机取号*/

S2=10;/*有10个空座位*/

S3=0;/*顾客人数*/

cobegin

{

process顾客i

{p(s2);

P(s1);

从取号机获得一个号码；

V(s1);

V(s3);

等待叫号；

获得服务；

}

process营业员

{

while(TRUE)

{p(s3);

叫号；

V(s2);

为顾客服务；

}

}

}coend

请添加必要的信号量和P、V（或wait()、signal()）操作，实现上述过程中的互斥与同步。要求写出完整的过程，说明信号量的含义并赋初值。

5、系统中有多个生产者进程和多个消费者进程，共享一个能存放1000件产品的环形缓冲区（初始为空）。当缓冲区未满时，生产者进程可以放入其生产的一件产品，否则等待；当缓冲区未空时，消费者进程可以从缓冲区取走一件产品，否则等待。要求一个消费者进程从缓冲区连续取出10件产品后，其他消费者进程才可以取产品。请使用信号量P，V(wait()，signal()) 操作实现进程间的互斥与同步，要求写出完整的过程，并说明所用信号量的含义和初值。【2014】

6、有A、B两人通过信箱进行辩论，每人都从自己的信箱中取得对方的问题。将答案和向对方提出的新问题组成一个邮件放入对方的邮箱中，设A的信箱最多放M个邮件，B的信箱最多放N个邮件。初始时A的信箱中有x个邮件（0

A、B两人操作过程：

Code Begin

A{

While(TRUE){

从A的信箱中取出一个邮件；

回答问题并提出一个新问题；

将新邮件放入B的信箱；

}

}

B{

While(TRUE){

从B的信箱中取出一个邮件；

回答问题并提出一个新问题；

将新邮件放入A 的信箱；

}

}

Code End

当信箱不为空时，辩论者才能从信箱中取邮件，否则等待。

当信箱不满时，辩论者才能将新邮件放入信箱，否则等待。

请添加必要的信号量和P 、V （或wait, signed ）操作，以实现上述过程的同步，要求写出完整过程，并说明信号量的含义和初值。【2015】

7、某企业生产流水线M 共有两位生产者，生产者甲不断地将其工序上加工的半成品放入半成品箱，生产者乙从半成品箱取出继续加工。假设半成品箱可存放n 件半成品，采用pv 操作实现生产者甲和生产者乙的同步可以设置三个信号量s,S1和S2，

其同步模型如下图所示。

信号量S 是一个互斥信号量，初值为( 22 )，S1、S2的初值分别为( 23 )

(22)A 、0 B 、1 C 、n D 、任意正整数

(23)A 、n 、0 B 、0、n C 、1、n D 、n 、1

8、进程 P1、P2、P3、P4 和 P5 的前趋图如下:

若用 PV 操作控制进程 P1～P5 并发执行的过程,则需要设置 6 个信号量 S1、S2、S3、S4、S5 和 S6,且信号量 S1～S6 的初值都等于零。下图中 a 和 b 处应分别填写 (23) ;c 和 d 处应分别填写 (24) ,e 和 f 处应分别填写 (25) 。

(23)A. P(S1) P(S2) 和P(S3) P(S4) B. P(S1) V(S2) 和P(S2) V(S1)

C. V(S1) V(S2) 和V(S3) V(S4)

D. P(S1) P(S2) 和V(S1) V(S2)

(24)A. P(S1) P(S2) 和V(S3) V(S4) B. P(S1) P(S3) 和V(S5) V(S6)

C. V(S1) V(S2) 和P(S3) P(S4)

D. P(S1) V(S3) 和P(S2) V(S4)

(25)A. P(S3) P(S4) 和V(S5) V(S6) B. V(S5) V(S6) 和P(S5) P(S6)

C. P(S2) P(S5) 和P(S4) P(S6)

D. P(S4) V(S5) 和P(S5) V(S6)

9、如果系统采用信箱通信方式，当进程调用Send原语被设置成“等信箱”状态时，其原因是

（23）A.指定的信箱不存在 B.调用时没有设置参数

C.指定的信箱中无信件

D.指定的信箱中存满了信件

10、进程P1、P2、P3和P4的前趋图如下：

若用PV操作控制这儿个进程并发执行的过程，则需要设置4个信号量S1、S2、S3和S4且信号量初值都等于零。下图中a和b应分别填写（25），c和d应分别填写（26）。

（25）A．P（S1）P（S2）和P（S3）B．P（S1）P（S2）和V（S1）C．V（S1）V（S2）和P（S1）D．V（S1）V（S2）和V（S3）

（26）A．P（S1）P（S2）和P（S4）B．P（S2）P（S3）和P（S4）C．V（Sl）V（S2）和V（S4）D．V（S2）V（S3）和V（S4）