操作系統(tǒng)第二版第二章課后習(xí)題答案

1、第二章 進(jìn)程和線程 作業(yè)答案1，2，4， 6，7，10，11，12，14, 211. 在操作系統(tǒng)中為什么要引入進(jìn)程概念？它與程序的差別和關(guān)系是怎樣的？答：由于多道程序的并發(fā)執(zhí)行時共享系統(tǒng)資源，共同決定這些資源的狀態(tài)，因此系統(tǒng)中各程序在執(zhí)行過程中就出現(xiàn)了相互制約的新關(guān)系，程序的執(zhí)行出現(xiàn)“走走停?！钡男聽顟B(tài)。用程序這個靜態(tài)概念已經(jīng)不能如實(shí)反映程序并發(fā)執(zhí)行過程中的這些特征。為此，人們引入“進(jìn)程（Process）”這一概念來描述程序動態(tài)執(zhí)行過程的性質(zhì)。進(jìn)程和程序是兩個完全不同的概念。進(jìn)程與程序的主要區(qū)別：進(jìn)程程序進(jìn)程是動態(tài)概念程序是靜態(tài)概念進(jìn)程具有并發(fā)性，宏觀上同時運(yùn)行程序本身具有順序性，程序的并發(fā)執(zhí)

2、行是通過進(jìn)程實(shí)現(xiàn)的進(jìn)程具有獨(dú)立性，是一個能獨(dú)立運(yùn)行的單位，是系統(tǒng)資源分配的基本單位，是運(yùn)行調(diào)度的基本單位程序本身沒有此特性程序和進(jìn)程無一一對應(yīng)關(guān)系，一個進(jìn)程可順序執(zhí)行多個程序一個程序可由多個進(jìn)程共用進(jìn)程異步前進(jìn)，會相互制約程序不具備此特性進(jìn)程和程序之間存在密切的關(guān)系：進(jìn)程的功能是通過程序的運(yùn)行得以實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)程活動的主體是程序，進(jìn)程不能脫離開具體程序而獨(dú)立存在。2. PCB的作用是什么？它是怎樣描述進(jìn)程的動態(tài)性質(zhì)的？答：PCB是進(jìn)程組成中最關(guān)鍵的部分。每個進(jìn)程有惟一的進(jìn)程控制塊；操作系統(tǒng)根據(jù)PCB對進(jìn)程實(shí)施控制和管理，進(jìn)程的動態(tài)、并發(fā)特征是利用PCB表現(xiàn)出來的；PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。PCB

3、中有表明進(jìn)程狀態(tài)的信息，該進(jìn)程的狀態(tài)包括運(yùn)行態(tài)、就緒態(tài)和阻塞態(tài)，它利用狀態(tài)信息來描述進(jìn)程的動態(tài)性質(zhì)。4. 用如圖2-26所示的進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖能夠說明有關(guān)處理機(jī)的大量內(nèi)容。試回答： 什么事件引起每次顯著的狀態(tài)變遷？ 下述狀態(tài)變遷因果關(guān)系能否發(fā)生？為什么？（A） 21 （B）32 （C）41運(yùn)行狀態(tài)就緒狀態(tài)阻塞狀態(tài)3412圖2-26 進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖答：（1）就緒 運(yùn)行：CPU空閑，就緒態(tài)進(jìn)程被調(diào)度程序選中運(yùn)行阻塞：運(yùn)行態(tài)進(jìn)程因某種條件未滿足而放棄CPU的占用。阻塞就緒：阻塞態(tài)進(jìn)程所等待的事件發(fā)生了。運(yùn)行就緒：正在運(yùn)行的進(jìn)程用完了本次分配給它的時間片（2）下述狀態(tài)變遷（A）21，可以。運(yùn)行進(jìn)程用完了

4、本次分配給它的時間片，讓出CPU，從就緒隊(duì)列中選一個進(jìn)程投入運(yùn)行。（B）32，不可以。任何時候一個進(jìn)程只能處于一種狀態(tài)，它既然由運(yùn)行態(tài)變?yōu)樽枞麘B(tài)，就不能再變?yōu)榫途w態(tài)。（C）41，可以。某一阻塞態(tài)進(jìn)程等到的事件出現(xiàn)了，而且此時就緒隊(duì)列為空，該進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列后馬上又被調(diào)度運(yùn)行。6. 什么是進(jìn)程的互斥和同步？答：進(jìn)程的互斥：邏輯上本來完全獨(dú)立的若干進(jìn)程，由于競爭同一個資源而產(chǎn)生的相互制約關(guān)系。進(jìn)程的同步：進(jìn)程間共同完成一項(xiàng)任務(wù)時直接發(fā)生相互作用的關(guān)系，也就是說，這些具有伙伴關(guān)系的進(jìn)程在執(zhí)行時間次序上必須遵循確定的規(guī)律。7. 什么是臨界區(qū)和臨界資源？進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)的調(diào)度原則是什么？答：一次僅允許一個

5、進(jìn)程使用的資源稱為臨界資源。在每個進(jìn)程中訪問臨界資源的那段程序叫做臨界區(qū)。進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)的調(diào)度原則： 如果有若干進(jìn)程要求進(jìn)入空閑的臨界區(qū)，一次僅允許一個進(jìn)程進(jìn)入。 任何時候，處于臨界區(qū)內(nèi)的進(jìn)程不可多于一個。如已有進(jìn)程進(jìn)入自己的臨界區(qū)，則其他所有試圖進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程必須等待。 進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程要在有限時間內(nèi)退出，以便其他進(jìn)程能及時進(jìn)入自己的臨界區(qū)。 如果進(jìn)程不能進(jìn)入自己的臨界區(qū)，則應(yīng)讓出CPU，避免進(jìn)程出現(xiàn)“忙等”現(xiàn)象。10. 系統(tǒng)中只有一臺打印機(jī)，有三個用戶的程序在執(zhí)行過程中都要使用打印機(jī)輸出計(jì)算結(jié)果。設(shè)每個用戶程序?qū)?yīng)一個進(jìn)程。問：這三個進(jìn)程間有什么樣的制約關(guān)系？試用P，V操作寫出這些進(jìn)程使

6、用打印機(jī)的算法。答：(1) 這三個進(jìn)程之間存在互斥的制約關(guān)系。因?yàn)榇蛴C(jī)屬于臨界資源，必須一個進(jìn)程使用完之后另一個進(jìn)程才能使用。（2）設(shè)三個進(jìn)程分別為A、B、C mutex：用于互斥的信號量，初值為1。 進(jìn)程A 進(jìn)程B進(jìn)程C . . . . . . P(mutex) P(mutex) P(mutex) 使用打印機(jī) 使用打印機(jī) 使用打印機(jī) V(mutex) V(mutex) V(mutex) 11. 判斷下列同步問題的算法是否正確？若有錯，請指出錯誤原因并予以改正。 設(shè) A，B兩個進(jìn)程共用一個緩沖區(qū)Q，A向Q寫入信息，B從Q讀出信息，算法框圖如圖2-27所示。 設(shè)A，B為兩個并發(fā)進(jìn)程，它們共享一

7、個臨界資源。其運(yùn)行臨界區(qū)的算法框圖如圖2-28所示。進(jìn)程A臨界區(qū)代碼CSaV（S1）P(S2)進(jìn)程BP（S1）臨界區(qū)代碼CSbV（S2）信號量S1，S2的初值為0圖2-28 兩個并發(fā)進(jìn)程臨界區(qū)的算法框圖進(jìn)程A向Q寫入信息V（S）進(jìn)程BP（S）從Q讀出信息圖2-27 進(jìn)程A、B的算法框圖答：(1) 這個算法不對。進(jìn)程A，B共用一個緩沖區(qū)，同步關(guān)系。如果A先運(yùn)行，且信息數(shù)量足夠多，則緩沖區(qū)Q中的信息會被后來的沖掉，造成信息丟失，進(jìn)程B不能從Q中讀出完整的信息。改正：進(jìn)程A，B同步使用一個緩沖區(qū)， 設(shè)立兩個信號量：empty：緩沖區(qū)Q為空，初值為1；full：緩沖區(qū)Q為滿，初值為0；算法框圖如下圖所

8、示:進(jìn)程AP（mutex）臨界區(qū)代碼CSaV（mutex）進(jìn)程BP（mutex）臨界區(qū)代碼CSbV（mutex）圖2-28的算法框圖 改正后進(jìn)程AP（empty）向Q寫入信息V（full）進(jìn)程BP（full）從Q讀出信息V（empty）圖2-27的算法框圖 改正后(2) 這個算法不對。進(jìn)程A，B并發(fā)的，它們共享一個臨界資源，二者應(yīng)互斥地使用該臨界資源，在進(jìn)入臨界區(qū)時不存在A先B后的時序關(guān)系，而是哪個進(jìn)程先到一步就先進(jìn)入自己的臨界區(qū)。改正：A,B兩個進(jìn)程應(yīng)互斥地進(jìn)入臨界區(qū)。為此，設(shè)立一個互斥信號量mutex，初值為1，算法框圖如上所示。12. 設(shè)有一臺計(jì)算機(jī)，有兩條I/O通道，分別接一臺卡片輸入

9、機(jī)和一臺打印機(jī)?？ㄆ瑱C(jī)把一疊卡片逐一輸入到緩沖區(qū)B1中，加工處理后再搬到緩沖區(qū)B2中，并在打印機(jī)上打印結(jié)果，問： 系統(tǒng)要設(shè)幾個進(jìn)程來完成這個任務(wù)？各自的工作是什么 這些進(jìn)程間有什么樣的相互制約關(guān)系？ 用P, V操作寫出這些進(jìn)程的同步算法。答：這是一個典型的生產(chǎn)者，消費(fèi)者問題1）系統(tǒng)可設(shè)三個進(jìn)程完成任務(wù)，第一個進(jìn)程R,從卡片輸入機(jī)中讀入數(shù)據(jù)，并且把數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)B1中，第二個進(jìn)程C從B1緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)，加工處理后放入緩沖區(qū)B2中。第三個進(jìn)程P將緩沖區(qū)B2的內(nèi)容取出，在打印機(jī)上打印出來2）這三個進(jìn)程之間是同步關(guān)系R進(jìn)程受C進(jìn)程影響，B1放滿信息后R進(jìn)程要等待，等到C進(jìn)程將其中的信息全部取走，才能繼

10、續(xù)讀入信息；C進(jìn)程受R進(jìn)程和P進(jìn)程的約束，B1中信息放滿后C進(jìn)程才可從中取出它們，且B2被取空后C進(jìn)程才可將加工結(jié)果送入其中；P進(jìn)程受C進(jìn)程的約束，B2中信息放滿后P進(jìn)程才可從中取出它們，進(jìn)行打印。3)三個進(jìn)程之間必須協(xié)調(diào)工作，需設(shè)置四個信號量：B1empty：緩沖區(qū)B1空，初值為1；B1full：緩沖區(qū)B1滿，初值為0；B2empty：緩沖區(qū)B2空，初值為1；B2full：緩沖區(qū)B2滿，初值為0；進(jìn)程 R      進(jìn)程C      進(jìn)程Pwhile（TRUE）while（TRUE） while（TRUE） P(

11、B1empty)；   P(B1full);    P(B2full); 從卡片機(jī)中讀入數(shù)據(jù) 將B1中的數(shù)據(jù)取出計(jì)算; 將緩沖區(qū)B2內(nèi)容 寫入緩沖區(qū)B1； V(B1empty); 在打印機(jī)中輸出; V(B1full)； P(B2empty); V(B2empty); 計(jì)算結(jié)果送入B2中; V(B2full);   14. 假定一個閱覽室最多可容納100個人，讀者進(jìn)入和離開閱覽室時都必須在閱覽室門口的一張登記表上做標(biāo)識（進(jìn)入時登記，離開時去掉登記項(xiàng)），而且每次只允許一人登記或去掉登記。問： 應(yīng)編寫幾個程序完成此項(xiàng)工作? 程序的主要動作是什么，應(yīng)設(shè)置幾個進(jìn)程

12、？進(jìn)程與程序間的對應(yīng)關(guān)系如何？ 用P，V操作寫出這些進(jìn)程的同步通信關(guān)系。答： 完成此項(xiàng)工作可編寫一個或兩個程序（函數(shù)），每個讀者對應(yīng)一個進(jìn)程。每個讀者的動作包括：l 進(jìn)入閱覽室前查表登記，這時要考慮閱覽室里是否有座位；l 進(jìn)入閱覽室，閱讀l 閱讀完畢，離開閱覽室，這時的操作主要是刪除登記項(xiàng)，讓出座位。 設(shè)置的信號量有兩個： seats：閱覽室的空座位數(shù)，初值為100； mutex：互斥使用登記表，初值為1。每位讀者進(jìn)程： P (seats);             

13、0;                /*沒有座位則離開*/ P（mutex）；                            /*進(jìn)入臨界區(qū)*/ 填寫登記表; V

14、（mutex）                           /*離開臨界區(qū)*/ 進(jìn)入閱覽室讀書; P（mutex）                 &#

15、160;              /*進(jìn)入臨界區(qū)*/ 查表，刪除登記項(xiàng)； V（mutex）                               

16、60;  /*離開臨界區(qū)*/ V（seats）                                   /*釋放一個座位資源*/ 21. 什么是線程？它與進(jìn)程有什么關(guān)系？答：線程（Thread）是進(jìn)程中實(shí)施調(diào)度和分派的基本單位線程和進(jìn)程的關(guān)系： 一個進(jìn)程可以有多個線程，但至少有一個線程；而一個線程只能在一個進(jìn)程的地址空間內(nèi)活動。 資源分配給進(jìn)程，同一進(jìn)程的所有線程共享該進(jìn)程的所有資源。 處理機(jī)分配給線程，即真正在處理機(jī)上運(yùn)行的是線程。 線程在執(zhí)行過程中，需要協(xié)作同步。不同進(jìn)程的線程間要利用消息通信的辦法實(shí)現(xiàn)同步。主要問題：1、第1題，未回答“進(jìn)程與程序之間的關(guān)系”2、第4題“什么事件引起每次顯著的狀態(tài)變遷？”，沒