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LEC11 并发程序设计(PV操作习题解析)1

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简介:
本课程为LEC11《并发程序设计》系列之一,专注于讲解和分析基于PV操作的经典同步问题解决方案,帮助学习者深入理解操作系统中的进程同步机制。 1. 读者写者问题 2. 睡眠的理发师问题 3. 农夫猎人问题 4. 银行业务问题 5. 缓冲区管理 6. 售票问题 7. 吸烟者问题 1. 读者/写者问题 2. 睡眠的理发师问

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  • LEC11 PV1
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    本课程为LEC11《并发程序设计》系列之一,专注于讲解和分析基于PV操作的经典同步问题解决方案,帮助学习者深入理解操作系统中的进程同步机制。 1. 读者写者问题 2. 睡眠的理发师问题 3. 农夫猎人问题 4. 银行业务问题 5. 缓冲区管理 6. 售票问题 7. 吸烟者问题 1. 读者/写者问题 2. 睡眠的理发师问
  • 系统PV.doc
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    这份文档《操作系统PV操作练习题》包含了多个关于进程同步的经典问题,通过实践PV操作(信号量操作),帮助学习者深入理解并发控制机制。 一、用P、V操作描述前趋关系。设P1、P2、P3、P4、P5、P6为一组合作进程,其执行顺序如下:任务启动后,先由P1开始执行;当它结束后,P2和P3可以开始执行;接着在完成各自的任务之后,分别有等待的进程P4和P5准备就绪。只有当所有前驱进程(即P3、P4、以及P5)都完成了它们的工作后,最后一个任务即进程P6才能启动。 为了确保上述顺序准确无误地进行,设置五个同步信号量n、f1、f2、f3和g分别代表了各个关键点的完成状态。初始时这些变量均被设定为0值: ```c int f1=0; /*表示进程P1是否执行完成*/ int f2=0; /*表示进程P2是否执行完成*/ int f3=0; /*表示进程P3是否执行完成*/ int f4=0; /*表示进程P4是否执行完成*/ int f5=0; /*表示进程P5是否执行完成*/ main() { cobegin P1(); P2(); P3(); P4(); P5(); P6(); coend } void P1 () { v(f1); // 由于原文中存在重复的v操作,这里保持原样处理。若考虑实际应用中的正确性,则应仅执行一次。 } void P2() { p(f1); v(f2); } ``` 注意:在P1函数里,原本有两个`v(f1)`的操作,这可能是原文中为了强调需要将信号量值增加两次而特意添加的。然而,在实际编程环境中可能只需要执行一次即可实现相应的同步控制功能。
  • 系统PV经典
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    本资料汇集了关于操作系统中PV(信号量)操作的经典练习题,旨在帮助学习者深入理解进程同步与互斥机制。 操作系统中的PV操作是进程同步与互斥的关键工具,主要用于解决多进程访问共享资源的问题。这一概念由荷兰计算机科学家Dijkstra提出,并通过P(代表PROCure即获取资源)和V(代表VECTate即释放资源)两个原语实现。 具体来说: 1. **P操作**包含两步: - 将信号量S的值减1,即S=S-1。 - 如果S大于等于0,进程继续执行;否则,该进程将进入等待状态,并被加入到等待队列中。 2. **V操作**同样包括两个步骤: - 将信号量S的值加1,即S=S+1。 - 若此时S大于0,则直接返回;如果非正,则唤醒处于等待状态的第一个进程(该进程正在等待此资源)。 信号量是一个包含数值和指向等待队列指针的数据结构。当它的值为正值时,表示可用的共享资源数量;若其值小于零,绝对值则代表了在等待这些资源的进程数。只有通过P操作与V操作才能改变信号量的当前状态。 **互斥机制**通常利用一个初始设置为1的信号量S来实现:当任何进程进入临界区域时执行P(S),而在退出前执行V(S)。这样确保了在任一时刻只有一个进程可以访问该关键部分,从而实现了对共享资源的有效控制。需要注意的是: - P和V操作必须成对出现,并且P操作应在尝试获取互斥权之前进行,而V则在其后。 - 临界区应紧挨着P与V操作之间执行以避免死锁的可能情况。 - 初始值为1是一个常见的设定。 **同步机制**更多地关注于进程间的协调工作。通过信号量传递消息:当其数值为0时,表示没有可用信息;非零则表明有新的数据可以处理。P操作用于检查并消耗一条消息而V操作用来生成或发送新消息给其他等待的进程。 - 在设计同步机制时需要明确各进程中所涉及的关系,并据此确定所需的信号量数量及其初始值; - 同一信号量上的所有P和V调用也必须成对出现,但它们可能分布在不同的任务中。 例如,在经典的生产者消费者问题中: 当只有一个缓冲区可用时,可以设置一个empty(初值1)表示空闲状态以及full(初值0)指示满载情况。在产品放入之前执行P(full),之后再调用V(empty);而在取出商品前先运行P(empty),然后是V(full)。 对于多个环形缓冲区的情况,则使用分别代表“已填满”与“未占用”的两个信号量,其初始值分别为0和n(其中n表示总的缓存单元数)。每个生产者与消费者在执行相应的P/V操作时会根据特定的信号量状态调整自己的行为以确保同步性和互斥性。 掌握PV机制及其应用对于理解和解决并发控制问题至关重要。这不仅有助于防止诸如死锁或资源饥饿等问题的发生,也能够通过分析如生产者-消费者这样的经典案例来更深入地理解其工作原理和功能作用。
  • 系统PV的经典
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    本文章详细解析了关于操作系统的经典PV操作习题,帮助读者理解进程同步与互斥的相关概念和应用。 操作系统课程中的资料包括PV操作的经典题目。这些题目有助于学生深入理解进程同步与互斥的概念,并且通过解决这些问题可以更好地掌握操作系统的核心知识。
  • 系统PV目练
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    本资源集合了多道经典的操作系统PV(信号量)相关的编程题及解答,旨在帮助学习者深入理解进程同步与互斥机制,并提供实践操作的机会。适合课程作业和自我提升使用。 PV操作是典型的同步机制之一,在操作系统中用于进程间的同步与互斥问题解决。荷兰计算机科学家Edsger Dijkstra提出了信号量机制,其中的P(PROCedure)和V(VERification)操作分别代表获取资源和释放资源。 在民航售票系统里,每个售票处需要访问航班票数这一共享数据区。为了确保同一时间只有一个进程可以进行访问,我们使用互斥信号量s来控制。当一个进程调用P(s)时,它会检查信号量的值:若为0,则该进程会被阻塞等待;若不为0,则将信号量减1并继续执行。完成操作(例如卖出一张票)后,进程通过V(s),即增加信号量s来释放资源,并可能唤醒其他等待的进程。 围棋分拣系统中的两个并发运行的进程A和B分别负责挑选黑子与白子,但不能同时进行。这里同样使用互斥信号量s以确保每次只有一个进程在操作中:每个进程在开始拣选前调用P(s),完成后则通过V(s)释放资源。 对于车站售票厅问题而言,存在20个窗口和一个初始值为20的信号量s来控制购票者进入的数量。每个购票者的进程需要调用P(s)以获得进入许可,并在完成购票后使用V(s)将计数器加一,确保任何时候最多有20人在售票厅内。 至于双向单车道简易桥的情形,则需设置四个信号量:S用于互斥控制桥梁的访问;Scounteast和Scountwest分别记录由东向西及由西向东行驶车辆的数量,以防止反方向车辆在桥上有车时进入。而信号量Scount4则限制了同时停留在桥上的汽车总数不超过四辆。 综上所述,PV操作对于管理操作系统中的共享资源至关重要,它们通过控制进程的同步和互斥来确保系统的正确运行与效率。这些机制的应用实例展示了如何利用不同的信号量设计与P/V操作配合以实现对公共资源的有效管理和系统性能优化。
  • 系统PV期末复
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    本资料涵盖操作系统中PV操作的核心知识点与经典习题,旨在帮助学生深入理解进程同步与通信机制,有效准备期末考试。 1. 司机与售票员的例子:通过司机和售票员之间的协作来演示进程间的通信问题。 2. 图书馆座位问题:图书馆内有 100 个座位供读者使用,如何管理这些资源以避免超载? 3. 独木桥过河问题:一座东西方向的独木桥上只能同时通过一个人。请用 P、V 操作实现多人安全过桥。 4. 俱乐部服务员处理顾客请求的问题:一个俱乐部有两个服务员甲和乙为顾客提供服务,当有顾客提出需求时如何合理分配? 5. 家庭晚餐场景问题:一家四口围桌而坐,桌上有一个水果盘。父母与孩子轮流取食,请设计合理的共享机制。 6. 购物超市人数限制问题:一个超市内部最多允许 N 个人同时进入购物区域,怎样保证顾客安全有序地进出? 7. 理发店座位安排问题:一家理发店内共有20个等待区的座位供顾客使用。如何管理这些资源以确保最佳服务体验? 8. 取棋子游戏:在一个盒子里装有黑白两色数量相等的棋子,甲每次取出一颗黑棋子,乙则每次都取白棋子。 9. 三进程协同工作问题:input 进程负责数据输入、compute 进程进行计算处理以及 output 进程完成结果输出。如何确保它们之间的协调合作? 10. 多进程共享缓冲区的问题描述:有三个独立的进程 R(读取)、M(中间操作)和 P(打印),这三个进程需要访问同一个公共缓存区域来交换信息。 11. 共享缓冲器问题:现有四个并发执行的程序 R1、R2 和 W1、W2,它们都需要使用一个存放单个数值的小型共享存储区 B。如何实现这些程序之间的有效通信?
  • PV
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    《进程PV操作详解》深入浅出地介绍了操作系统中用于实现进程同步与互斥的信号量机制,重点讲解了P(等待)和V(唤醒)操作原理及其应用。 P操作与V操作是不可中断的程序段,并被称为原语。PV原语及信号量的概念是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的。信号量sem是一个整数,当它大于等于零时表示可供并发进程使用的资源实体数量;而如果它小于零,则表示正在等待使用临界区(即需要互斥访问的代码段)的进程的数量。 P原语的操作包括以下步骤: 1. 将信号量sem减一; 2. 如果执行上述操作后,sem仍然大于或等于零,那么该进程可以继续运行; 3. 若将sem减一之后其值小于零,则表示当前有其他等待访问临界区的进程存在。这时,此进程会被阻塞,并进入与相应信号量对应的队列中;然后系统会进行进程调度。 以上就是P操作的基本解释和流程。
  • 系统课中的PV
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    本课程设计聚焦于操作系统中经典的PV(信号量)同步机制,深入探讨进程间的通信与协调方法,强化学生对并发控制的理解和实践能力。 操作系统课程设计中的PV操作是进程同步的基本工具,源自荷兰计算机科学家埃德加·科德的信号量机制。在多道程序设计环境下,PV操作扮演着关键角色,帮助解决进程间的竞争条件和死锁问题,确保资源有序访问。 PV操作基于信号量(Semaphore)概念。信号量是一个整型变量,用于控制对共享资源的访问。它分为两种类型:互斥信号量和共享信号量。互斥信号量保护临界区,保证同一时刻只有一个进程可以访问;而共享信号量则管理并发使用的资源数量。 P操作是减少信号量的操作: - P操作(信号量S): - S = S - 1; - 如果 S < 0,则当前进程被阻塞,并加入与该信号量相关的等待队列; - 否则,继续执行进程。 这意味着当一个进程想要使用资源时,它会尝试减少信号量的值。如果操作后仍为非负数,那么进程可以继续运行;若变为负数,则需要等待直到其他进程释放资源。 V操作是增加信号量的操作: - V操作(信号量S): - S = S + 1; - 如果 S ≤ 0,唤醒一个在相关等待队列中的阻塞进程; - 否则忽略此次操作。 此操作表示某个进程完成了对资源的使用,并将其释放。增加信号量并检查是否有因资源不足而被阻塞的其他进程需要唤醒。 PV操作的经典应用场景包括哲学家进餐问题、生产者消费者问题以及读者写者问题,通过合理设置和应用信号量可以实现高效协调工作,避免竞争条件和死锁的发生。 例如,在生产者消费者模型中,一个缓冲区用于存储产品。当生成新产品时,生产者执行P操作检查是否有空位;在消费前,消费者同样执行P操作确认缓冲区内有可用的产品。完成这些步骤后,两者分别通过V操作释放信号量资源。 在操作系统课程设计中实现PV操作不仅需要理论上的理解与掌握,还需要实际编程实践来验证效果。这通常包括使用某种语言(如C或C++)编写模拟程序以展现多进程并发行为,并根据运行结果进行调试和优化。通过这样的练习,学生可以深入学习并应用操作系统中的同步机制,提高解决现实问题的能力。
  • 系统课中的PV
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    本课程设计聚焦于操作系统中经典的同步机制——PV操作(信号量),旨在通过理论与实践结合的方式,深入探讨进程间的同步和互斥问题。 在操作系统课程设计中的“PV操作”是一种实现进程同步与互斥的基本机制,源自荷兰计算机科学家Edsger Dijkstra提出的信号量概念。在这个课程设计中,学生们需要模拟一个家庭场景:爸爸放苹果、妈妈放香蕉、儿子吃香蕉和女儿吃苹果。这个情景涉及资源的共享及同步问题,并可以通过PV操作来解决。 理解PV操作的基础是关键。P操作是指进程尝试获取资源;如果资源可用,则信号量减1并继续执行,若不可用(即信号量值为0),则该进程被阻塞放入相应的队列中等待。V操作则是指释放资源的过程,在这种情况下增加信号量的值,并检查是否有因缺乏所需资源而处于阻塞状态的进程需要唤醒。 在本设计里定义了三个关键信号量: 1. `dish`:表示盘子是否为空,初始设为1;当其值降为0时,则意味着没有空位可以放置水果。 2. `apple`:代表盘中是否有苹果,起始设定为0。一旦该数值变为1,表明有苹果在盘内可供女儿食用。 3. `banana`:表示是否存有香蕉于盘子内,初始值同样设为0;当信号量升至1时,则意味着儿子可以吃香蕉。 实验过程中每个角色都有对应的按钮控制其操作执行。例如,在爸爸放苹果的操作中,将依次进行P(dish)和P(apple),只有在确认盘子为空并且有可用的苹果情况下才能放入新的水果,并随后调用V(dish)与V(apple)更新资源状态。 实验代码采用了C++编程语言结合MFC框架实现。这里定义了一个`semaphore`结构体,包含一个整型变量(value)来表示信号量当前值以及一个队列用于存储等待进程。此外还提供了两个函数:执行P操作的p()和V操作的v();另外还有唤醒阻塞进程中某个成员的wakeup()。 通过模拟具体的家庭场景,该实验帮助学生理解并掌握如何利用PV操作实现进程间的同步控制,并解决并发环境下的互斥问题。同时也强调了“阻塞”与“唤醒”的重要性,在操作系统中这是处理多线程或任务间协调的核心技术之一。
  • PV经典,冲刺突击
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    本资料集精选了关于PV操作的经典与冲刺突击习题,旨在帮助学习者深入理解操作系统中的同步机制,并通过大量练习提升解题技巧和应试能力。 PV 操作是计算机操作系统进程管理中的关键部分。它包括 P 原语操作与 V 原语操作,用于实现进程同步及互斥机制,解决进程中通信和竞争的问题。 P(S):①将信号量 S 的值减 1;②若 S≥0,则该进程继续执行;否则该进程进入等待状态,并加入到等待队列中。 V(S):①将信号量 S 值加 1;②如果此时 S>0,那么当前进程将继续运行下去;反之则唤醒等待队列中的第一个进程。 PV 操作的应用: 1. 进程互斥:通过 PV 操作可以实现不同进程间的互斥机制,防止资源竞争和数据不一致问题。例如,在生产者-消费者模型中,利用 PV 操作来确保生产和消费过程不会同时访问缓冲区,从而避免了因操作冲突导致的问题。 2. 进程同步:PV 操作能够保证各进程之间的协调合作。以生产者-消费者模式为例,通过使用 PV 操纵可以实现二者间的同步机制,进而保障双方的有序工作流程。 信号量定义: 信号量是一种特殊的变量类型,其值代表当前可用资源的数量或等待访问该资源的任务数量。PV操作可改变此数值。 实施PV操作时需注意以下几点: 1. 在每个程序中实现互斥控制的P和V调用必须成对出现,并且先执行 P 操作进入临界区后才进行 V 操作退出。 2. 应将P、V指令分别置于临界代码段的开始与结束处,同时尽量缩短临界区域内的处理逻辑长度以避免形成死锁状态。 3. 通常互斥信号量初始值设为1。 在解决生产者-消费者问题时PV操作的应用: 此问题是操作系统中典型的进程同步案例。在此场景下,一个或多个制造方生成物品,并将它们放入缓冲区;同时也有相应的消费方从该区域取出并消耗这些商品。 采用两个同步信号量empty(代表空位数)与full(表示已填满的数量),可以确保生产者和消费者之间相互配合且不会出现资源争抢或者数据一致性问题。例如,当只有一个制造端、一个使用端以及共享缓冲区时,我们可以通过P操作请求可用空间或产品,并通过V操作释放相应位置以供后续任务执行。