操作系統(tǒng)第4章答案(上)

.趙盈盈 2011210593 第四章作業(yè)上1. 解釋名詞：程序的順序執(zhí)行；程序的并發(fā)執(zhí)行。答：程序的順序執(zhí)行：一個(gè)具有獨(dú)立功能的程序獨(dú)占cpu直到得到最終結(jié)果的進(jìn)程。 程序的并發(fā)執(zhí)行：兩個(gè)或兩個(gè)以上程序在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中同時(shí)處于一開始執(zhí)行且尚未結(jié)束的狀態(tài)。2. 什么是進(jìn)程？進(jìn)程與程序的主要區(qū)別是什么？答：進(jìn)程：進(jìn)程是具有獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動(dòng)，進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的獨(dú)立單元。進(jìn)程和程序的區(qū)別：程序是靜態(tài)的，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的進(jìn)程有程序和數(shù)據(jù)兩部分組成進(jìn)程具有生命周期，有誕生和消亡，是短暫的；而程序是相對(duì)長(zhǎng)久的進(jìn)程能更真實(shí)的描述并發(fā)，而程序不行。一個(gè)進(jìn)程可以對(duì)應(yīng)多個(gè)程序。一個(gè)程序可以對(duì)應(yīng)多個(gè)進(jìn)程進(jìn)程可以創(chuàng)建其他進(jìn)程，程序不能3. 圖1所示，設(shè)一謄抄程序，將f中記錄序列正確謄抄到g中，這一程序由get、copy、put三個(gè)程序段組成，它們分別負(fù)責(zé)獲得記錄、復(fù)制記錄、輸出記錄。請(qǐng)指出這三個(gè)程序段對(duì)f中的m個(gè)記錄進(jìn)行處理時(shí)各種操作的先后次序，并畫出謄抄此記錄序列的先后次序圖（假設(shè)f中有1，2，m個(gè)記錄，s,t為設(shè)置在主存中的軟件緩沖區(qū)，每次只能裝一個(gè)記錄）。fscopytputgget圖1 改進(jìn)后的謄抄過(guò)程答：GCGPCPGCP4. 進(jìn)程有哪幾種基本狀態(tài)？試畫出進(jìn)程狀態(tài)變遷圖，并標(biāo)明發(fā)生變遷的可能原因。答：進(jìn)程基本狀態(tài)：運(yùn)行、就緒、等待運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：等待就緒就緒到運(yùn)行：調(diào)度程序選擇一個(gè)新的進(jìn)程運(yùn)行運(yùn)行到就緒：運(yùn)行進(jìn)程用完了時(shí)間片或運(yùn)行進(jìn)程被中斷，因?yàn)橐粋€(gè)高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程處于就緒狀態(tài)運(yùn)行到等待：OS尚未完成服務(wù)或?qū)σ毁Y源的訪問(wèn)尚不能進(jìn)行 或初始化I/O 且必須等待結(jié)果 或等待某一進(jìn)程提供輸入（IPC）等待到就緒：當(dāng)所有的事件發(fā)生時(shí)5. 什么是進(jìn)程控制塊？它有什么作用？答：PCB：為了便于系統(tǒng)控制和描述進(jìn)程的活動(dòng)過(guò)程，在操作系統(tǒng)核心中為進(jìn)程定義的一個(gè)專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。作用：系統(tǒng)用PCB來(lái)控制和管理進(jìn)程的調(diào)用，PCB也是系統(tǒng)感知進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志6. n個(gè)并發(fā)進(jìn)程共用一個(gè)公共變量Q，寫出用信號(hào)燈的p、v操作實(shí)現(xiàn)n個(gè)進(jìn)程互斥時(shí)的程序描述，并說(shuō)明信號(hào)燈值的取值范圍。答：main() pi() int mutex=1; p(mutex);cobegin 執(zhí)行進(jìn)程Pi; for(i=1;1=n;i+) pi(); v(mutex);coend 對(duì)于N并發(fā)進(jìn)程，互斥子信號(hào)燈取值范圍為【-（n-1），1】Mutex = 1,表示沒(méi)有進(jìn)程進(jìn)入緩沖區(qū)。 Mutex = 0，表示有一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入緩沖區(qū)，沒(méi)有進(jìn)程等待Mutex = -1，表示有一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入緩沖區(qū)，一個(gè)進(jìn)程等待Mutex =-(n-1)，表示有一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入緩沖區(qū)，n-1個(gè)進(jìn)程等待7. 我們用進(jìn)程流圖來(lái)描述一組合作進(jìn)程執(zhí)行的先后次序。試用信號(hào)燈的p、v操作實(shí)現(xiàn)如圖2(a)、(b)中所示進(jìn)程之間的同步，并寫出程序描述。SP1（S1）P6（S6）P5（S5）fSP1SfP3（S3）P2（S2）P4（S4）P4（S4）P7（S57、S67）P3（S3）P2（S2）P5（S35、S45）f圖2 圖3答：PV操作實(shí)現(xiàn)（a）及程序?qū)崿F(xiàn)main()int S2=0,S3=0,S4=0; P1() P2() P3（） P4（）Cobegin P1();P2();P3();P4(); 執(zhí)行P1； P（S2）； P（S3）； P（S4）；Coend V（S2）； 執(zhí)行P2； 執(zhí)行P3； 執(zhí)行P4； V（S3）； V（S4）； PV操作實(shí)現(xiàn)（b）及程序?qū)崿F(xiàn)main()int S5=0,S6=0; P5() P6() P7（）int S57=0,S67=0; Cobegin P（S5）； P（S6）； P（S57）；P5();P6();P7(); 執(zhí)行P5； 執(zhí)行P6； P（S67）；Coend V（S57） V（S67）； 執(zhí)行P7； 8. 如圖3所示的進(jìn)程流圖中，有五個(gè)進(jìn)程合作完成某一任務(wù)，試說(shuō)明這五個(gè)進(jìn)程之間的同步關(guān)系，并用p、v操作實(shí)現(xiàn)之，并要求寫出程序描述。答：PV操作實(shí)現(xiàn)及程序?qū)崿F(xiàn) Main（） P1() P2()int S1=0,S2=0,S3=0,S4=0;S35=0,S45=0; 執(zhí)行P1； P(S2); Cobegin V（S2）; 執(zhí)行S2； P1();P2();P3();P4();P5(); V（S3）; Coend V(S4); P3() P4() P5（）P(S3)； P(S4)； P(35)； 執(zhí)行P3； 執(zhí)行P4； P(45)；V(35)； V(45)； 執(zhí)行P5； 9. 如圖4所示，get、copy、put三進(jìn)程共用兩個(gè)緩沖區(qū)s、t（其大小為每次存放一個(gè)記錄）。get進(jìn)程負(fù)責(zé)不斷地把輸入記錄送入緩沖區(qū)s中，copy進(jìn)程負(fù)責(zé)從緩沖區(qū)s中取出記錄復(fù)制到緩沖t中，而put進(jìn)程負(fù)責(zé)把記錄從緩沖區(qū)t中取出打印。試用p、v操作實(shí)現(xiàn)這三個(gè)進(jìn)程之間的同步，并寫出程序描述。putcopyget緩沖區(qū)s緩沖區(qū)t圖4答：PV操作實(shí)現(xiàn)及程序?qū)崿F(xiàn)Main（）int S1=1,S2=0;/S1表示空緩沖區(qū)s個(gè)數(shù)，S2表示緩沖區(qū)是否有內(nèi)容可以被copy int T1=1，T2=0；/ T1表示空緩沖區(qū)t個(gè)數(shù)，T2表示緩沖區(qū)是否有內(nèi)容可以被putCobegin Get();Copy();Put();CoendGet() Copy while(1) while(1) P(S1); /檢查S是否為空 P(S2);/檢查S是否為滿put data to buffer S /補(bǔ)數(shù)據(jù)放入S copy data from buffer S；/ copy數(shù)據(jù) V(S2)；/ S已滿 V(S1); /清空S /while P(T1)；/檢查T是否為空/Get put data to buffer T； V(T2);/T已滿 Put() while(1)P(T2)；/檢測(cè)T是否為滿 Output data from buffer T；/輸出T中數(shù)據(jù) V(T1)；/清空緩沖區(qū)T10. 什么是進(jìn)程的互斥與同步？同步和互斥這兩個(gè)概念有什么聯(lián)系與區(qū)別？答：進(jìn)程同步：是指進(jìn)程之間一種直接的協(xié)同關(guān)系，是一些進(jìn)程相互合作，共同完成一項(xiàng)任務(wù)，進(jìn)程剪得直接相互作用構(gòu)成進(jìn)程的同步。進(jìn)程互斥：在系統(tǒng)中，許多進(jìn)程需要共享資源，而這些資源往往要求排他性的使用，即一次只能為一個(gè)進(jìn)程服務(wù)。因此，個(gè)進(jìn)程間互斥使用這些資源，進(jìn)程間的這種關(guān)系叫做進(jìn)程互斥。 聯(lián)系：進(jìn)程互斥與同步是指在進(jìn)程推進(jìn)時(shí)的相互制約關(guān)系。在多道程序系統(tǒng)中，由于資源共享與進(jìn)程合作，這種進(jìn)程間的制約成為可能。 區(qū)別：進(jìn)程同步主要源于進(jìn)城合作，是進(jìn)程間共同完成一項(xiàng)任務(wù)時(shí)直接發(fā)生相互作用，為進(jìn)城提供直接制約關(guān)系。在多道環(huán)境下，這種進(jìn)程在執(zhí)行次序上的協(xié)調(diào)是必不可少的。 而進(jìn)程互斥，主要源于資源共享，是進(jìn)程間的間接制約關(guān)系。在多道系統(tǒng)中，每次只允許一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)的資源成為臨界資源，進(jìn)程互斥就是保證每次只有一個(gè)進(jìn)程使用臨界資源。11. 在生產(chǎn)者一消費(fèi)者問(wèn)題中，我們?cè)O(shè)置三個(gè)信號(hào)燈，一個(gè)用于互斥的信號(hào)燈mutex，其初值為1；另外兩個(gè)信號(hào)燈是：full（初值為0，用以指示緩沖區(qū)內(nèi)是否有物品）和empty（初值為n，表示可利用的緩沖區(qū)數(shù)目）。試寫出此時(shí)的生產(chǎn)者一消費(fèi)者問(wèn)題的描述。答：該問(wèn)題描述的是一個(gè)多個(gè)生產(chǎn)者 一個(gè)消費(fèi)者12. 判斷正是列同步算法是否有錯(cuò)，請(qǐng)指出錯(cuò)誤原因并改正。（1）三個(gè)進(jìn)程并發(fā)活動(dòng)的進(jìn)程流圖5所示，其同步算法描述如下：main( ) 解（1） 答：改正如下：SfP3P2P1int s =-1； int S13=0,S23=0;cobeginp1( );p2( );p3( );coendp1( ) P1() 圖5 v(s)； V(S13); p2( ) P2() p(s)； 圖4.25 V(S23)； p3( ) P3() P(S13);p(s)； P(S23); （2）設(shè)a、b兩進(jìn)程共用一緩沖區(qū)t,a向t寫入信息，b則從t讀出信息，算法框圖如圖6所示。（3）設(shè)a、b為兩個(gè)并發(fā)進(jìn)程，它們共享一臨介資源。其執(zhí)行臨界區(qū)的算法框圖如圖7所示。B進(jìn)程A進(jìn)程 A進(jìn)程P(S)P(S) 向t寫入信息 V(S1)csbP(S1)CSaB進(jìn)程v(s2)從t讀出信息 P（S2） V(S) V（S2）注：信號(hào)燈s的值為0注：信號(hào)燈s1、s2的值均為0圖6 圖7答：解（2）A 進(jìn)程與B進(jìn)程之間是協(xié)同關(guān)系。A進(jìn)程往緩沖區(qū)寫入信息之前要先判斷 緩沖區(qū)是否為滿。寫入之后看聲明緩沖區(qū)數(shù)據(jù)可以被取走B進(jìn)程從緩沖區(qū)取數(shù)據(jù)之前 先檢測(cè)緩沖區(qū)是否已滿，從t中讀出信息之后要聲明緩沖區(qū)數(shù)據(jù)已被取走。 Main()int S1=1,S2=0;/S1緩沖區(qū)是否裝滿，S0表示緩沖區(qū)內(nèi)容是否陪取走Cobegin A();B();Coend;A() B()while(1) while(1) Input data to buffer T; P(S1)；/檢驗(yàn)緩沖區(qū)是否為滿V(S1)；/緩沖區(qū)是否已滿 output data to buffer T;P(S2)；/緩沖區(qū)數(shù)據(jù)可以被取走 V(S2)；/緩沖區(qū)數(shù)據(jù)被取走/while /while /A() /B()答：解(3)進(jìn)程A、B之間為互斥關(guān)系，用一個(gè)信號(hào)燈就夠了。 改正如圖 A、B只需進(jìn)入臨界區(qū)之前檢測(cè)臨界區(qū)是否為空。出來(lái)之后聲明臨界區(qū)可用即可圖可以表現(xiàn)為13. 試說(shuō)明進(jìn)程創(chuàng)建的主要功能是什么？答：（1）為新建進(jìn)程創(chuàng)建PCB。（2）賦予一個(gè)統(tǒng)一進(jìn)程標(biāo)識(shí)符（3）為進(jìn)程映像分配空間（4）初始化進(jìn)程控制塊（5）設(shè)置相應(yīng)的鏈接，將新建進(jìn)程設(shè)置為就緒狀態(tài)，把PCB排入就緒隊(duì)列 中。14. 用于進(jìn)程控制的原語(yǔ)主要有哪幾個(gè)？答：用于進(jìn)程控制的原語(yǔ)主要有：創(chuàng)建原語(yǔ)，撤銷原語(yǔ)，阻塞原語(yǔ)，喚醒原語(yǔ)15. 什么是線程？線程與進(jìn)程有什么區(qū)別？ 答：線程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體，是cpu調(diào)度和分派的基本單位。 區(qū)別：（1）調(diào)度：線程是調(diào)度和分配的基本單位，進(jìn)程是資源擁有的基本單位；在同一個(gè)進(jìn)程中線程的切換不會(huì)引起進(jìn)程的切換，在一個(gè)進(jìn)程中線程切換到另一個(gè)進(jìn)程中是會(huì)引起進(jìn)程的切換。（2）并發(fā)性：引入線程的OS中，不僅進(jìn)程之間可以并發(fā)執(zhí)行，而且一個(gè)進(jìn)程的多個(gè)線程也可以并發(fā)執(zhí)行。因而是OS有更好的并發(fā)性，從而能更有效地使用系統(tǒng)資源提高系統(tǒng)吞吐率。（3）擁有資源：進(jìn)城