程序同步問題總結

由三個程序get，copy和put以及兩個緩衝區buffer1和buffer2完成一項輸入/輸出操作。程序get的功能是把一張卡片上的資訊從讀卡機上讀進buffer1；程序copy的功能是把buffer1中的資訊複製到buffer2；程序put的功能是取出buffer2中的資訊並從印表機上列印輸出。試用p、v操作完成這三個程序間的盡可能併發正確執行的關係(用程式或框圖表示)，並指明訊號量的作用和初值。

分析：可設定6個訊號量mutex1，mutex2，empty1，empty2，full1，full2。

mutex1和mutex2是互斥訊號量，初值為1，分別用於對buffer1和buffer2的互斥訪問；

empty1和empty2為同步訊號量，初值為1，分別表示buffer1和buffer2是否空閒，1表示空閒，0表示不空閒；

full1和full2為同步訊號量，初值為0，分別表示buffer1和buffer2中是否有可取用的資訊，1表示有可取用的資訊，0表示無可取用的資訊。

semaphore mutex1, mutex2, empty1, empty2, full1, full2 ;
mutex1=mutex2=1;
//互斥訊號量
empty1=empty2=1;
//生產者程序的同步訊號量
full1=full2=0;
//消費者程序的同步訊號量
parbegin
process get()
//讀程序(生產者程序)} 
process copy()
//複製程序(既是消費者又是生產者程序)} 
process put()
}parend

若乙隻盤子一次只能放乙個水果，a只往盤中放蘋果，b只往盤中放梨子，c只從盤中取蘋果，d只從盤中取梨子。試用：(1) 訊號量和p、v操作；(2) 管程，寫出同步演算法。

採用p、v操作的同步演算法如下：
semaphore sab=1;
//a、b的資源訊號量，同時又是它們的互斥訊號量
semaphore sc=0;
//c的資源訊號量(用於與a同步)
semaphore sd=0;
//d的資源訊號量(用於與b同步)
begin
parbegin
process a:
//程序a的演算法描述
} process c:
} process b:
//程序b的演算法描述
} process d:
} parend
end

採用管程的同步演算法如下：
首先定義管程mpc，該管程可描述如下：
type mpc=monitor
var flag: integer;
//flag=0:盤中無水果；=1盤中有蘋果；=2盤中有梨子
empty: condition;
//用於a或b等待空盤子
w: array[
1..2
] of condition //w[1]用於等待蘋果，w[2]用於等待梨子
procedure entry put
(integer k)
begin
if flag>
0 then empty.wait;
//生產者a或b程序阻塞
flag=k;
放一k號水果入盤中;
//設1號水果為蘋果，2號水果為梨子
if w[k]
.queue then full.signal;
//若有等待k號水果者，則喚醒之
endprocedure entry get
(integer k)
begin
if flag.wait;
//消費者c或d程序阻塞
從盤中取k號水果;
flag :=0
;if empty.queue then empty.signal;
//若等待佇列非空，則喚醒隊首的乙個生產者程序
endbegin
flag :=0
;//初始化內部資料
enda、b、c、d四個程序的同步演算法可描述如下：
parbegin
process a
begin
任取乙個蘋果;
mpc.
put(1)
; end
process b
begin
任取乙個梨子;
mpc.
put(2)
; end
process c
begin
mpc.
get(1)
; 吃蘋果;
endprocess d
begin
mpc.
get(2)
; 吃梨子;
endparend

設自行車生產車間有兩個貨架，貨架a可以存放8個車架，貨架b可以存放20個車輪；又設有4個工人，他們的活動是重複勞動，分別為：工人1 加工乙個車架放入貨架a中；工人2、3分別加工車輪放入貨架b中（每人每次放入1個車輪）；工人4從貨架a中取乙個車架，再從貨架b中取兩個車輪，組裝成一輛自行車。試用pv操作實現四個工人的合作。

分析：訊號量aempty表示貨架a的空位數，其初值為8；訊號量afull表示貨架a上存放的車架數，其初值為0；訊號量bempty表示貨架b的空位數，其初值為20；訊號量bfull表示貨架b上存放的車輪數，其初值為0；訊號量mutex用於互斥（初值為1）

begin semaphore aempty，bempty，afull，bfull，mutex； aempty ：= 8；bempty ：= 20；afull ：= 0；bfull ：= 0；mutex ：= 1；parbegin worker1：begin l1：生產1個車架； p（aempty）； //測試貨架a是否有空位置 p（mutex）； //互斥使用貨架a 車架放到貨架a； v（afull）； //貨架a上的車架數增1，必要時喚醒等待的程序 v（mutex）； goto l1； endworker2、3：begin l2：生產1個車輪； p（bempty）； //測試貨架b是否有空位置 p（mutex）； //互斥使用貨架b 車輪放到貨架b； v（bfull）； //貨架b上的車輪數增1，必要時喚醒等待的程序 v（mutex）； goto l2； endworker4：begin l3：p（afull）； //測試貨架a上是否有車架 p（bfull）；p（bfull）； //測試貨架b上是否有2個車輪 p（mutex）；取1個車架；取2個車輪； v（aempty）； //貨架a空位置增1 v（bempty）；v（bempty）；//貨架b空位置增2 v（mutex）；組裝成一輛自行車； goto l3； endparend

end

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