操作系统习题3—进程的互斥与同步

1.例举两个现实生活中需要同步与互斥的例子。

我们去吃自助餐时，店里的厨师会在后台厨房制作食物，然后将食物运送到公共饮食区域，让顾客自行挑选。如果公共饮食区域的食物都被顾客吃光了，那么顾客只有先进行等待，等厨师做出更多食物再送到公共饮食区；如果公共饮食区域食物数量多到一定程度，厨师会暂停制作食物。

驾驶员开车行驶到一个十字路口时，如果本路口的绿灯亮起，驾驶员可以顺利通过；如果本路口的红灯亮起，驾驶员必须停车进行等待，让其他路口的车辆通过。

2.何谓原语？它与系统调用有何区别？如何实现原语执行的不可分割性？

原语是由若干条机器指令构成的可完成特定功能的程序段。具有以下三个特点：

处于操作系统最底层，是最接近硬件的部分
程序的运行具有原子性，作为一个整体而不可分割，即要么全都完成，要么全都不做
程序的运行时间都较短，而且调用频繁

原语与系统调用的区别：原语只要强调操作的不可分割性，可以认为是一个不可中断的子程序调用；系统调用是由用户态进入核心态，一般也不会被中断，但如果有更紧迫的系统调用的话，原来的系统调用还是会被打断。

原语可通过硬件实现不可中断性，或通过实现临界段的元方法（屏蔽中断、加硬锁）达到不被逻辑上中断。

3.如果 P、V 操作不作为原语，即可分割执行，那么是否还可以用于
解决互斥问题？若不能，举例说明。

如果 P、V 操作不作为原语，就不能用于解决互斥问题。

举例：在生产者-消费者问题中，由于 P、V 操作可以分割执行，很大可能会出现当前缓冲池中满缓冲区个数仅为 1，而多个消费者同时成功使用到这个缓冲区的情况，造成不可避免的系统错误。

4.请用并行语句和 P、V 操作描述图 1 所示的任务执行过程

int synch=0;    //两进程 P1、P2 共享信号量ParbeginP1():{S1;V(synch);S2;S4;V(synch);S5;V(synch);}P2():{P(synch);S3;P(synch);S6;P(synch);S7;}
Parend;

5.“理发师睡觉”问题：假设理发店由等待间（n 个座位）和理发间（只有一个座位）构成。无顾客时，理发师睡觉。顾客先进等待间再进理发间，当顾客进入理发间发现理发师在睡觉时，则唤醒理发师，请求理发；如果理发师正在理发，又有顾客到来时，只要有空椅子，他就坐下来等待，如果没有空椅子，他就离开。请为理发师和顾客各编写一段程序来描述他们的同步问题。

int customer=0,barber=0;       //顾客和理发师的信号量
int customerNumber=0,mutex=1; //当前顾客数目和互斥控制量//理发师
Barber(){while(1){P(customer);      //唤醒等待的一位顾客P(mutex);            //顾客被唤醒，准备理发。没有顾客就睡觉customerNumber--;    //店里顾客数减一V(barber);             //有顾客来了，醒来理发V(mutex);            //释放信号量}
}//顾客
Customer(){while(1){P(mutex);               //顾客想要理发if(customerNumber<N){    //理发店人数未满，进店customerNumber++;  //店里顾客数加一V(customer);       //唤醒理发师理发V(mutex);          //释放信号量P(barber);           //理发师进行理发}else                  //理发店人数已满，离店V(mutex);}
}

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