操作系統(tǒng)答案

1、操作系統(tǒng)答案集團(tuán)企業(yè)公司編碼：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689/TT289- 管程的signal操作和信號(hào)量的signal操作有什么不同？管程的signal操作在以下情況下是不能繼續(xù)進(jìn)行的：當(dāng)執(zhí)行signal操 作并且無(wú)等待線程時(shí)，那么系統(tǒng)會(huì)忽略signal操作，認(rèn)為signal操作 沒有發(fā)生過。如果隨后執(zhí)行wait操作，那么相關(guān)的線程就會(huì)被阻塞。然 后在信號(hào)量中，即使沒有等待線程，每個(gè)signal操作都會(huì)是相應(yīng)的信號(hào) 量值增加。接下來的等待操作因?yàn)橹暗男盘?hào)量值的增加而馬上成功進(jìn) 行。6. 17假設(shè)signal語(yǔ)句只能作為一個(gè)管程中的最后一條語(yǔ)句出現(xiàn)，可以怎樣簡(jiǎn)

2、 化6.7節(jié)所描述的實(shí)現(xiàn)？如果signal語(yǔ)句作為最后一條語(yǔ)句出現(xiàn)，那么鎖會(huì)使發(fā)出信號(hào)的進(jìn)程轉(zhuǎn) 化成接受信號(hào)的進(jìn)程。否則，發(fā)出信號(hào)的進(jìn)程將解鎖，并且接受信號(hào)的 進(jìn)程則需要和其他進(jìn)程共同操作獲得鎖從而使操作繼續(xù)下去。6. 21假設(shè)將管程中的wait和signal操作替換成一個(gè)單一的構(gòu)件await （B）,這里B是一個(gè)普通的布爾表達(dá)式，進(jìn)程執(zhí)行直到B變成真a.用這種方法寫一個(gè)管程實(shí)現(xiàn)讀者一作者問題。b.解釋為什么一般來說這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的效率不高。c.要使這種實(shí)現(xiàn)達(dá)到高效率需要對(duì)await語(yǔ)句加上哪些限制？（提示，限制B的一般性，參見Kessels 1977.）a.讀者一作者問題可以進(jìn)行以下修改，修改

3、中產(chǎn)生了 await聲明：讀者 可以執(zhí)行"await (activewriters=O&&waitingwriters=O)”來確保 在進(jìn)入臨界區(qū)域時(shí)沒有就緒的作者和等待的作者。作者可以執(zhí)行uawait (activewriters=O&&activereaders=O) n 來確保互斥。b.在signal操作后，系統(tǒng)檢查滿足等待條件滿足的等待線程，檢查其中 被喚醒的等待線程。這個(gè)要求相當(dāng)復(fù)雜，并且可能需要用到交互的編 譯器來評(píng)估在不同時(shí)間點(diǎn)下的條件?？梢酝ㄟ^限制布爾條件，使布爾 變量和其他部分分開作為獨(dú)立的程序變量(僅僅用來檢查是否相等的 一個(gè)靜態(tài)值

4、)。在這種情況下，布爾條件可以傳達(dá)給運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)，該 系統(tǒng)可以執(zhí)行檢查每一個(gè)它所需要的時(shí)間，以確定哪些線程被喚醒。6. 23為什么Solaris、Linux和Windows2000都使用自旋鎖作為多處理器系統(tǒng) 的同步機(jī)制而不作為單處理器系統(tǒng)的同步機(jī)制？Solaris, Linux和Windows2000中只有在多處理器系統(tǒng)才能使用自旋鎖 作為一個(gè)同步機(jī)制。自旋鎖不適合單處理器的系統(tǒng)，因?yàn)榇蚱屏诉@一進(jìn) 程的自旋鎖只有通過執(zhí)行不同的進(jìn)程才可以得到。如果這一進(jìn)程不會(huì)放 棄此處理器，其他進(jìn)程就無(wú)法設(shè)置第一個(gè)進(jìn)程所要求的程序條件，從而 不能繼續(xù)操作。在一個(gè)多處理器系統(tǒng)，其他進(jìn)程執(zhí)行其他處理器，從而 修改程

5、序狀態(tài)從自旋鎖中釋放第一個(gè)進(jìn)程。6. 24在基于日志的系統(tǒng)中可以給事務(wù)提供支持，在相應(yīng)日志記錄寫到穩(wěn)定存 儲(chǔ)之前不能允許真正地更新數(shù)據(jù)項(xiàng)。為什么這個(gè)限制是必需的？ 如果事務(wù)需要放棄，那么更新的數(shù)據(jù)項(xiàng)的值應(yīng)該要恢復(fù)到原來的值。這 就需要原來值的數(shù)據(jù)在進(jìn)行操作之前完成更新。6. 25證明兩段鎖協(xié)議能確保沖突的串行執(zhí)行。調(diào)度是指一個(gè)或多個(gè)事務(wù)的執(zhí)行順序。一個(gè)串行調(diào)度是指每個(gè)事務(wù)執(zhí)行 的原子調(diào)度。如果一個(gè)調(diào)度由兩個(gè)不同的事務(wù)組成，通過連續(xù)的操作從 這兩個(gè)事務(wù)中獲得相同的數(shù)據(jù)，并至少有一個(gè)write操作，然后有所謂 的沖突。如果一個(gè)調(diào)度可以通過一系列非沖突操作的交換而轉(zhuǎn)化成串行 調(diào)度，那么這個(gè)調(diào)度為是沖

6、突可串行化。這兩階段加鎖協(xié)議確保沖突串行化，因?yàn)楠?dú)占鎖（這是用于寫操作）必 須連續(xù)收購(gòu)，不釋放任何鎖在獲?。ㄔ鲩L(zhǎng)）的階段。其他事務(wù)希望獲得 同樣的鎖必須等待第一個(gè)事務(wù)開始釋放鎖。通過要求任何鎖必須首先釋 放所有鎖，從來避免潛在的沖突。6. 26分配一個(gè)新時(shí)間戳給已經(jīng)恢復(fù)到原值的事務(wù)有什么影響？對(duì)于新進(jìn)入系 統(tǒng)進(jìn)程的事務(wù)，其所賦予的時(shí)間戳是如何大于原先事務(wù)的時(shí)間戳的？ 在原先事務(wù)的訪問變量改變后執(zhí)行事務(wù)，那么相應(yīng)的事務(wù)也恢復(fù)到原先 的值。如果他們沒有執(zhí)行此項(xiàng)操作（也就是說沒有重復(fù)的原先事務(wù)的訪 問變量值），那么這些操作在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候就不會(huì)受到約束。6. 27假設(shè)數(shù)目有限的資源中的一個(gè)單一的資源型必

7、須加以管理。進(jìn)程需要一 定數(shù)量的這種資源，一旦用完將釋放它們。例如，許多商業(yè)軟件包提供 了一定數(shù)量的許可證，這表明一些應(yīng)用程序可以同時(shí)運(yùn)行.當(dāng)應(yīng)用程序啟 動(dòng)時(shí)，許可證的計(jì)數(shù)遞減。當(dāng)申請(qǐng)終止，許可證計(jì)數(shù)遞增。如果所有的 許可證都在使用，那么要求啟動(dòng)該應(yīng)用程序的申請(qǐng)被剝奪了。只有當(dāng)現(xiàn) 有的許可證持有人終止申請(qǐng)并切許可證已經(jīng)返還，那么這種申請(qǐng)將被授 予.下列程序段是用來管理一個(gè)數(shù)目有限的情況下的可用資源。最多的資 源數(shù)量和一些可用的資源數(shù)量如下所示：#defineMAXRES0URCES5intavailabl©resources=MAXRESOURCES;Whenaprocesswish

8、estoobtainanumberofresources, itinvokesthe decreasecount()function：/*decreaseavailableresourcesbycountresources*/ /*returnOifsufficientresourcesavailable, */otherwisereturn-1*/intdecreasecount(intcount)if (availableresources<count)return-1;else availableresources-=count;returnO;)Whenaprocesswants

9、toreturnanumberofresources, itcallsthede-creasecount()function: /*increaseavailableresourcesbycount*/ intincreasecount(intcount) availableresources+=count;returnO;前面的程序段將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的條件。如下：a.確定數(shù)據(jù)參與競(jìng)爭(zhēng)b.當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)的條件發(fā)生時(shí)，確定代碼段的位置（或是區(qū)域）c.利用Java同步，確定競(jìng)爭(zhēng)的條件，同時(shí)修改decreaseCount （）以使 一個(gè)線程在沒有足夠的現(xiàn)有的資源下阻塞。a.確定數(shù)據(jù)參與競(jìng)爭(zhēng)：可以利用的變量資

10、源b.當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)的條件發(fā)生時(shí)，確定代碼段的位置（或是區(qū)域）：代碼使現(xiàn)有 的資源遞減和代碼現(xiàn)有資源遞增的聲明可以放在競(jìng)爭(zhēng)的條件。c.使用信號(hào)量，確定競(jìng)爭(zhēng)條件:使用信號(hào)量表示當(dāng)前可用資源變量，并且 用信號(hào)量遞增和信號(hào)量遞減的操作代替遞增和遞減的操作。7. 1假設(shè)有如圖7.1所示的交通死鎖。a.證明這個(gè)例子中實(shí)際上包括了死鎖的四個(gè)必要條件。b.給出一個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則用來在這個(gè)系統(tǒng)中避免死鎖。a.死鎖的四個(gè)必要條件：（1）互斥；（2）占有并等待；（3）非搶占；（4）循環(huán)等待。 互斥的條件是只有一輛車占據(jù)道路上的一個(gè)空間位置。占有并等待表示 一輛車占據(jù)道路上的位置并且等待前進(jìn)。一輛車不能從道路上當(dāng)前的位 置移動(dòng)

11、開（就是非搶占）。最后就是循環(huán)等待，因?yàn)槊總€(gè)車正等待著隨 后的汽車向前發(fā)展。循環(huán)等待的條件也很容易從圖形中觀察到。b. 一個(gè)簡(jiǎn)單的避免這種的交通死鎖的規(guī)則是，汽車不得進(jìn)入一個(gè)十字路 口如果明確地規(guī)定，這樣就不會(huì)產(chǎn)生相交。7.2考慮如下的死鎖可能發(fā)生在哲學(xué)家進(jìn)餐中，哲學(xué)家在同個(gè)時(shí)間獲得筷 子。討論此種情況下死鎖的四個(gè)必要條件的設(shè)置。討論如何在消除其中 任一條件來避免死鎖的發(fā)生。死鎖是可能的，因?yàn)檎軐W(xué)家進(jìn)餐問題是以以下的方式滿足四個(gè)必要條 件：1）相斥所需的筷子，2）哲學(xué)家守住的筷子在手，而他們等待其他 筷子，3）沒有非搶占的筷子，一個(gè)筷子分配給一個(gè)哲學(xué)家不能被強(qiáng)行拿 走，4）有可能循環(huán)等待。死鎖

12、可避免克服的條件方式如下：1）允許同 時(shí)分享筷子，2）有哲學(xué)家放棄第一雙筷子如果他們無(wú)法獲得其他筷子， 3）允許筷子被強(qiáng)行拿走如果筷子已經(jīng)被一位哲學(xué)家了占有了很長(zhǎng)一段時(shí) 間4）實(shí)施編號(hào)筷子，總是獲得較低編號(hào)的筷子，之后才能獲得較高的編 號(hào)的筷子。7.3一種可能以防止死鎖的解決辦法是要有一個(gè)單一的，優(yōu)先于任何其他資 源的資源。例如，如果多個(gè)線程試圖訪問同步對(duì)象A?E,那么就可能發(fā) 生死鎖。（這種同步對(duì)象可能包括互斥體，信號(hào)量，條件變量等），我 們可以通過增加第六個(gè)對(duì)象來防止死鎖。每當(dāng)一個(gè)線程希望獲得同步鎖 定給對(duì)象A?E,它必須首先獲得對(duì)象F的鎖.該解決方案被稱為遏制： 對(duì)象A?E的鎖內(nèi)載對(duì)象F

13、的鎖。對(duì)比此方案的循環(huán)等待和Section7. 4. 4的循環(huán)等待。這很可能不是一個(gè)好的解決辦法，因?yàn)樗a(chǎn)生過大的范圍。盡可能在狹 隘的范圍內(nèi)定義死鎖政策會(huì)更好。7.4對(duì)下列問題對(duì)比循環(huán)等待方法和死鎖避免方法（例如銀行家算法）：a.運(yùn)行費(fèi)用b.系統(tǒng)的吞吐量死鎖避免方法往往會(huì)因?yàn)樽粉櫘?dāng)前資源分配的成本從來增加了運(yùn)行費(fèi) 用。然而死鎖避免方法比靜態(tài)地防止死鎖的形成方法允許更多地并發(fā)使 用資源。從這個(gè)意義上說，死鎖避免方案可以增加系統(tǒng)的吞吐量。7.5在一個(gè)真實(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，可用的資源和進(jìn)程命令對(duì)資源的要求都不 會(huì)持續(xù)很久是一致的長(zhǎng)期（幾個(gè)月）。資源會(huì)損壞或被替換，新的進(jìn)程 會(huì)進(jìn)入和離開系統(tǒng)，新的資源

14、會(huì)被購(gòu)買和添加到系統(tǒng)中。如果用銀行家 算法控制死鎖，下面哪些變化是安全的（不會(huì)導(dǎo)致可能的死鎖），并且 在什么情況下發(fā)生？a.增加可用資源（新的資源被添加到系統(tǒng)） b.減少可用資源（資源被從系統(tǒng)中永久性地移出）C.增加一個(gè)進(jìn)程的Max （進(jìn)程需要更多的資源，超過所允許給予的資源）d.減少一個(gè)進(jìn)程的Max （進(jìn)程不再需要那么多資源）e.增加進(jìn)程的數(shù)量f.減少進(jìn)程的數(shù)量a.增加可用資源（新的資源被添加到系統(tǒng)）：這個(gè)可以在沒有任何問題 的情況下安全地改變b.減少可用資源（資源被從系統(tǒng)中永久性地移出）：這可能會(huì)影響到系 統(tǒng)，并導(dǎo)致可能性死鎖因?yàn)橄到y(tǒng)的安全性假定其擁有一定數(shù)量的可用 資源c.增加一個(gè)進(jìn)程的Max （進(jìn)程需要更多的資源，超過所允許給予的資 源）：這可能會(huì)影響到系統(tǒng)，并可能導(dǎo)致死鎖d.減少一個(gè)進(jìn)程的Max （進(jìn)程不再需要那么多資源）：這個(gè)可以在沒有 任何問題的情況下