同步机构实验.docxVIP

软件1401 吴帅帅 3140608020实验四 同步机构一、实验题目模拟PV操作同步机构，且用PV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，若结果不大于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：procedure p (var s: semaphore);begin s:=s-1;if s0 then W(s)end {p}procedure v (var s: semaphore);begin s: =s+1;if s=0 then R(s)end {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，在模拟实验中可把上述的semaphore直接改成integer。（2）生产者——消费者问题。假定有一个生产者和消费者，生产者每次生产一件产品，并把生产的产品存入共享缓冲器以供消费者取走使用。消费者每次从缓冲器内取出一件产品去消费。禁止生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取产品。假定缓冲器内可同时存放10件产品。那么，用PV操作来实现生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:array [0..9] of products;s1,s2: semaphore;IN, out; integer;IN:=0;out:=0;cobeginprocedure producer;c: products;beginL1:produce (c);p (s1);B[IN]:=C;IN:=(IN+1)mod 10;v(s2);goto L1end;procedure consumer;x: products;beginL2:P(s2);x:=B[out];out:=(out+1) mod 10;v(s1);consume(x);goto L2end;coend其中的semaphore和products是预先定义的两个类型，在模拟实现中semaphore用integer或char等代替。（3）进程控制块PCB。为了纪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。在模拟实验中，假设进程控制块的结构如图4-1。其中进程的状态有：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（在模拟实验中进程等待原因为等待信号量s1或s2）；当进程处于等待态或就绪态时，PCB中保留了断点信息，一旦进程再度占有处理器则就从断点位置继续运行；当进程处于完成状态，表示进程执行结束。进程名状态等待原因断点 图4-1 进程控制块结构·ZA（4）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器职能。模拟的一组指令见图4-2，其中每条指令的功能由一个过程来实现。用变量PC来模拟“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，指出下一条指令地址。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4-3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[i]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的过程为：取出PC之值，按PA[PC] 或SA[PC]得模拟指令执行的入口地址，将PC之值加1，转向由入口地址确定的相应的过程执行。（5）程序设计本实验中的程序由三部分组成：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4-4至图4-7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[IN]:=product;IN:=(IN+1) mod 10GETX:=B[out];out:=(out+1) mod 10produce输入一个字符放入C中consume打印或显示x中的字符GOTO LPC: LNOP空操作图4-2 模拟的处理器指令序号生产者程序消费者程序0produceP(s2)1P(s1)GET2PUTV(s1)3V(s2)consume4goto 0goto 0图4-3 生产者和消费者程序初始化程序：模拟实验的程序从初始化程序入口启动，初始化工作包括对信号量S1、S2赋初值，对生产者、消费者进程的PCB初始化。初始化后转向处理