第三章
思考与练习题
1.以下进程之间存在相互制约关系吗？若存在，是什么制约关系？为什么？ （1）几个同学去图书馆借同一本书。
答：互斥关系；只有一本书，先到者先得，剩下的人必须等待。 （2）篮球比赛中两队同学争抢篮板球。
答：互斥关系；先抢到篮板球者先得分，由于争抢篮板球，产生制约关系。 （3）果汁流水线生产中捣碎、消毒、灌装、装箱等各道工序。
答：同步关系；果汁的生产存在某种时序关系，它们按照规定的时序执行，以共同完成一项任务。
（4）商品的入库和出库。
答：同步关系；只有商品先入库了才能出库，所以存在一定的时序关系。 （5）工人做工与农民种粮。 答：没有相互制约关系。
2.在操作系统中引入管程的目的是什么？条件变量的作用是什么？
答：用信号量可以实现进程之间的同步和互斥，但要设置很多信号量，使用大量的P、V操作，还要仔细安排多个P操作的排列次序，否则将出现错误的结果或出现死锁现象。为了解决这些问题引入了管程。
条件变量的作用：条件变量是一种机制，使得进程不仅能被挂起，而且当条件满足且管程再次可用时，可以恢复该进程并允许它在挂起点重新进入管程。管程必须使用条件变量提供对同步支持，这些条件变量包含在管程中，并且只有在管程中才能被访问。 3．说明P、V操作为什么要设计成原语。
答：原语由若干指令构成，是用于完成一定功能的过程。用信号量S表示共享资源，其初值为1表示有一个资源。现在有两个进程申请该资源，其中一个进程先执行P操作，P操作由三条指令组成，先去S的寄存器使其减一再赋给S，若不用原语实现，在执行前两条指令时还没有把S-1的值赋给S进程被剥夺CPU，另一进程也要执行P操作。正确的结果是一个进程执行完，使另一进程阻塞。
4．设有一个售票大厅，可容纳200人购票。如果厅内不足200人则允许进入，超过则在厅外等候；售票员某时只能给一个购票者服务，购票者买完票后就离开。试问： （1）购票者之间是同步关系还是互斥关系？ 答：购票者之间是互斥关系。
（2）用P、V操作描述购票者的工作过程。 答：
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semaphore empty?200;semaphore mutex?1;void buyer? ?{ P(empty);P(mutex);buy;V(mutex);V(empty);}
5．进城之间的关系如图3-16所示，试用P、V操作描述它们之间的同步。
S2bS1S4aS3cS5gdefS6 图3-16 进程之间的关系
答：
?S1;P(a),P(b);??V(b);S2;P(e);??V(a);S3;P(d),P(c);??V(d);S4;P(f);? ?V(c);S5;P(g);??V(e),V(f),V(g);S6;?6．有四个进程P1、P2、P3、和P4共享一个缓冲区，进程P1向缓冲区中存入消息，进程P2、P3和P4从缓冲区中取消息，要求发送者必须等三个进程都取过本条消息后才能发送下一条消息。缓冲区每次只能容纳一个消息，用P、V操作叙述四个进程存取消息的情况。
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semaphore mutex?0;{P1;V(mutex);}{P(mutex);P2;V(mutex);}{P(mutex);答：
P3;V(mutex);}{P(mutex);P4;V(mutex);}7．分析生产者—消费者问题中多个P操作颠倒引起的后果。
答：多个P操作的次序不能颠倒，在程序中，应先对资源信号执行P操作，再对互斥信号量执行P操作，否则可能引起死锁。
如以下的程序将P操作颠倒，先对互斥信号量执行P操作，此时易出现死锁现象，当消费者进程运行时，在full信号量上阻塞，此时mutex=0，在想运行生产者程序mutex=-1<0，此时生产者进程阻塞就产生死锁，生产者和消费者两个进程均不能运行。
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semaphore mutex=1;semaphore empty=n;semaphore full=0;int i,j;ITEM buffer[n];ITEM data_p,data_c;void producer(){while (true){ produce an item in data_p; P(mutex); P(empty); buffer[i]=data_p; i=(i+1)%n; V(mutex); V(full); }}void consumer(){while (true){ P(mutex); P(full); data_c=buffer[j]; j=(j+1)%n; V(mutex); V(empty); consume the item in data_c; } }8．读者—写者问题中写者优先算法的实现。
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