2024年4月21日发(作者：)

用信号量机制来解决进程的同步与互斥：PV操作

首先确定进程间的关系，然后确定信号量及其值。

判断进程间是否互斥的关键：看进程间是否共享某一公有资源，一个公有资源与一个信

号量相对应。确定信号量的值是一个关键点，它代表了可用资源实体数。

举例：票大厅容纳的人数限制为20人，少于20人时购票者可以进入，否则要在厅外等

候。

进程间是同步时：是否存在合作关系，是否需要互通消息

首先判断进程间的关系为同步的，且为各并发进程设置私有信号量，然后为私有信号量

赋初值，最后利用PV原语和私有信号量规定各进程的执行顺序。

举例：公交车上司机与售票员的行为，司机到站停车后，售票员方可开门，售票员关门

后，司机方可开车。

进程同步应用示例讲解：1

桌上有一个盘子，可以存放一个水果。父亲总是把苹果放在盘子中，母亲总是把香蕉放在盘子中；一个儿

子专等吃盘中的香蕉，一个女儿专等吃盘中的苹果。

1）系统要设几个进程来完成这个任务？各自的工作是什么？

2）这些进程间有什么样的相互制约关系?

3）用P，V操作写出这些进程的同步算法(注：标明信号量的含义)。

1）需要四个进程

进程描述：

Father：父亲放置苹果的进程；

Mother：母亲放置香蕉的进程；

Son：儿子吃香蕉的进程；

Daughter：女儿吃苹果的进程。

分析：

四人公用一个盘子；

盘子每次只能放一个水果，当盘子为空时，父母均可尝试放水果，但一次只能有一人成功；

盘中是香蕉，儿子吃，女儿等；

盘中是苹果，女儿吃，儿子等。

2）进程之间既有互斥又有同步关系。

Father进程和Mother进程要互斥的向盘中放水果，应设置一互斥信号量dish，初值为1，表示盘子为空；

Father进程要设置同步信号量apple，用于给Daughter进程传送消息，初值为0，表示还没有消息产生，

即没有放苹果；相应Daughter进程也要向父、母进程传送盘子为空的消息。

Mother进程要设置同步信号量banana，用于给Son进程传送消息，初值为0，表示还没有消息产生，即

没有放香蕉。相应Son进程也要向父、母进程传送盘子为空的消息。

3）信号量设置：

dish：表示盘子是否为空，初值=1；

apple：表示盘中是否有苹果，初值=0；

banana：表示盘中是否有香蕉，初值=0

。

Father:

{ while( true)

P ( dish );//判断盘子是否空

将苹果放入盘中；

V ( apple );//传消息给女儿进程

}

Mather:

{ while( true)

P ( dish );//判断盘子是否空

将香蕉放入盘中；

V ( banana );//传消息给儿子进程

}

Son::

{ while( true)

P ( banana );//判断是否有香蕉

从盘中取出香蕉；

V ( dish );//传送盘空消息

吃香蕉；}

Daughter::{ while( true)

P ( apple );//判断是否有苹果

从盘中取出苹果；

V ( dish );//传送盘空消息

吃苹果；}

进程同步应用示例讲解：2

生产者与消费者共用一个有n个缓冲单元的缓冲区，生产者向缓冲区中放产品，消费者从缓冲区中取产品

消费。

1）系统要设几个进程来完成这个任务？各自的工作是什么？

2）这些进程间有什么样的相互制约关系?

3）用P，V操作写出这些进程的同步算法(注：标明信号量的含义)。

1）系统需设两个进程

producer进程 ：生产产品并向缓冲区中放；

consumer进程 ：从缓冲区取产品并消费；

分析：

生产者与消费者共用一个缓冲区，但有n个缓冲单元；

对于缓冲区同一时刻只能有一个进程使用；

有空缓冲单元时，生产者可以放，否则等待；

有满缓冲单元时，消费者可以取，否则等待。

2）两进程间有互斥和同步的关系

producer进程和consumer进程要互斥的访问缓冲区，应设置一互斥信号量mutex，初值为1。

producer进程和consumer进程有同步的关系，当没有满缓冲单元时，consumer进程不能消费，当没有

空缓冲单元时， producer进程不能向缓冲区放。应为他们设置同步信号量empty=n和full=0，用于互传消

息。当empty=0时不能生产，当full=0时不能消费。

3）信号量设置

mutex：保证对缓冲区的互斥访问，初值=1；

empty：表示缓冲区中是否有空缓冲单元，初值=n；

full： 表示缓冲区中是否有满缓冲单元，初值=0。

producer：

{ while(1)

生产一个成品；

P（empty）；

P（mutex）；

将产品存入缓冲区；

V（mutex）；

V（full）；

}

consumer：

{ while(1)

P（full）；

P（mutex）；

将产品从缓冲区取出；

V（mutex）；

V（empty）；

消费成品；

}

进程同步应用示例讲解：3

设有进程A、B、C分别对单缓冲区S和T进行操作，其中A进程负责从卡片上读取数据并把数据块

输入到缓冲区S， B进程负责从缓冲区S中提出数据块并将数据块送到缓冲区T中，C进程负责从缓冲区

T中取出信息打印。

A进程

问题：

单缓冲区S

B进程

单缓冲区T

C进程

1）这些进程间有什么样的相互制约关系?

2）用P，V操作写出这些进程的同步算法(注：标明信号量的含义)。

分析：两个阶段的生产者和消费者问题。

只有S为空时，A进程才能向S中放数据； 只有S中有数据时，B进程才能取数据；

只有T为空时，B进程才能向T中放数据； 只有T中有数据时，C进程才能取数据。

1）三进程间有互斥和同步的关系

A进程和B进程要互斥的访问缓冲区S，B进程和C进程要互斥的访问缓冲区T。

A进程和B进程有同步的关系，当缓冲区S空时，A进程才能向S中放数据，只有S中有数据时，B

进程才能取数据。应为他们设置同步信号量emptyS=1和fullS=0，用于互传消息。

B进程和C进程有同步的关系，只有当缓冲区T空时，B进程才能向T中放数据，只有T中有数据时，

C进程才能取数据。应为他们设置同步信号量emptyT=1和fullT=0，用于互传消息。

3）信号量设置

emptyS ：表示单缓冲区S是否为空，初值为1；

emptyT ：表示单缓冲区T是否为空，初值为1；

fullS ：表示单缓冲区S是否有数据可处理，其初值0

fullT ： 表示单缓冲区T是否有数据可处理，其初值0

{ while(1)

A: B:

{ while(1)

读卡片

P(emptyS );

将数据送入S;

V(fullS ) ;

}

P(fullS );

从S中取数据;

V(emptyS) ;

......

P(emptyT);

将数据送入T;

V(fullT ) ;

C:

{ while(1)

P(fullT);

从T中取数据;

V(emptyT) ;

打印数据；

}

进程同步应用示例讲解：4

}

售票员优先正确运行过程

While(True)

{

（售票员）关车门

（司机）启动公车；

司机进程 售票员进程

While(True) While(True)

{ {

启动公车； 关车门；

驾驶公车； 卖车票；

停止公车； 开车门；

} }

分析：

》确定进程间的关系:司机到站停车后，售票员方可工作。同样，售票员关车门后，司

机才能工作。所以司机与售票员之间是一种同步关系。

》信号量设置：

确定信号量及其值：由于司机与售票员之间要互通消息，司机进程设置一个私有信

号量run，用于判断司机能否进行工作，初值为0。售票员进程设置一个私有信号量stop，

用于判断是否停车，售票员是否能够开车门，初值为0。

售票员进程

司机进售票员进

售票员进程:

司机进程:

{ while(1) { while(1)

p(run); 关车门；

启动车辆； v(run);

正常行车； 卖车票；

到站停车； p(stop);

v(stop); 开车门；

} }