实习七同步机构

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1、实习七同步机构一、实习内容模拟实现用同步机构避免发生进程执行时可能出现的与时间有关的错误。二、实习目的进程是程序在一个数据集合上运行的过程，进程是并发执行的，也即系统中的多个进程轮流地占用处理器运行。我们把若干个进程都能进行访问和修改的那些变量称为公共变量。山于进程是并发地执行的，所以，如果对进程访问公共变虽不加限制，那么就会产生“与时间冇关”的错误，即进程执行后所得到的结果与访问公共变量的吋间有关。为了防止这类错误，系统必须要用同步机构來控制进程对公共变量的访问。一般说，同步机构是由若干条原语——同步原语——所组成。本实习耍求学生模拟PV操作同步机构的实现，模拟进程的并发执行，了解进程并发

2、执行时同步机构的作用。三、实习题目模拟PV操作同步机构，HJIJPV操作解决生产者——消费者问题。[提示]:(1)PV操作同步机构，由P操作原语和V操作原语组成，它们的定义如下：P操作原语P(s)：将信号量s减去1,若结果小于0,则执行原语的进程被置成等待信号量s的状态。V操作原语V(s)：将信号量s加1,若结果不人于0,则释放一个等待信号量s的进程。这两条原语是如下的两个过程：procedurep(vars:semaphore);begins:=s-1;讦s<0thenW(s)end{p}procedurev(vars:semaphore);egins:=s+1;讦s£0thenR(s)e

3、nd{v}其中W(s)表示将调用过程的进程置为等待信号量s的状态；R(s)表示释放一个等待信号量s的进程。在系统初始化时应把semaphore定义为某个类型，为简单起见，在模拟实习中可把上述的semaphore直接改成integer0(2)生产者——消费者问题。假定有一个牛产者和一个消费者，主产者每次生产一件产品，并把生产的产品存入共亨缓冲器以供消费者収走使用。消费者每次从缓冲器内取出一•件产站去消费。禁止牛产者将产品放入已满的缓冲器内，禁止消费者从空缓冲器内以产品。假定缓冲器内可同时存放10件产品。那么，用PV操作來实现牛产者和消费者之间的同步，生产者和消费者两个进程的程序如下：B:arr

4、ay[0..91ofproducts;S],s2；semaphore;Sj：=10,S2：=0;IN,out:integer;IN:=0;out:=0;cobeginprocedureproducer;c:products;beginLl:Produce(c);P(si)；B[IN]:=C;IN:=(IN+l)mod10;V(s2);gotoLjend;procedureconsumer;x:products;beginU：P(S2)；x:=B[out];out:=(out+1)mod10;v(si)；consume(x);gotoL2end;coend.其屮的semaphore和produ

5、cts是预先定义的两个类型，在模拟实现屮semaphore用integer代替，products可用integer或char等代替。(1)进程控制块PCB。为了记录进程执行时的情况，以及进程让出处理器后的状态，断点等信息，每个进程都有一个进程控制块PCB。在模拟实习中，假设进程控制块的结构如图12-1。其屮进程的状态有：运行态、就绪态、等待态和完成态。当进程处于等待态时，在进程控制块PCB中要说明进程等待原因(在模拟实习中进程等待原因是为等待信号量S

6、或S2)；当进程处于等待态或就绪态时，PCB屮保留了断点信息，一旦进程再度書有处理器则就从断点位置继续运行；当进程处于完成状态，表示进程执行结

7、束。图(2)处理器的模拟。计算机硬件提供了一组机器指令，处理器的主要职责是解释执行机器指令。为了模拟生产者和消费者进程的并发执行，我们必须模拟一组指令和处理职能。模拟的一组指令见图12・2,其中每条指令的功能由一个过程來实现。用变aPC來模拟“指令计数器”,假设模拟的指令长度为1,每执行一条模拟指令后,PC加1,提出下一条指令地址。使用模拟的指令，可把生产者和消费者进程的程序表示为图12-3的形式。定义两个一维数组PA[0..4]和SA[0..4],每一个PA[i]存放生产者程序中的一条模拟指令执行的入口地址；每个SA山存放消费者程序中的一条模拟指令执行的入口地址。于是模拟处理器执行一条指令

8、的过程为：取出PCZ值，按PAIPCJ或SA[PC]得模拟指令执行的入口地址，将PCZ值加1,转向由入口地址确定的相应的过程执行。(3)程序设计本实习中的程序山三部分组成：初始化程序、处理器调度程序、模拟处理器指令执行程序。各部分程序的功能及相互间的关系由图12-4至图12・7指出。模拟的指令功能P(s)执行P操作原语V(s)执行V操作原语putB[INJ:=product;IN:=(IN+1)mod10GE