計算機(jī)操作系統(tǒng)習(xí)題及答案

第4章進(jìn)程同步與通信1）選擇題（1）在操作系統(tǒng)中，P、V操作是一種_D__。A.機(jī)器指令B.系統(tǒng)調(diào)用命令C.作業(yè)控制命令D.低級進(jìn)程通信原語（2）若信號量S的初值為2，當(dāng)前值為-1，則表示有_B__等待進(jìn)程。A.0個B.l個C.2個D.3個（3）在直接通信方式中，系統(tǒng)提供兩條通信原語進(jìn)行發(fā)送和接收，其中Send原語中參數(shù)應(yīng)是_C_。A.sender，messageB.sender，mailboxC.receiver，messageD.receiver，mailbox（4）下述那個選項不是管程的組成部分_A__。A.管程外過程調(diào)用管程內(nèi)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說明B.管程內(nèi)對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作的一組過程C.局部于管程的共享數(shù)據(jù)說明D.對局部于管程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)置初值的語句（5）某通信方式通過共享存儲區(qū)來實現(xiàn)，其屬于_D__。A.消息通信B.低級通信C.管道通信D.高級通信（6）用P、V操作管理臨界區(qū)時，信號量的初值應(yīng)定義為__C__。A.-1B.0C.1D.任意值（7）臨界區(qū)是_B__。A.一個緩沖區(qū)B.一段程序C.一段共享數(shù)據(jù)區(qū)D.一個互斥資源（8）信箱通信是一種_D__通信方式。A.直接通信B.信號量C.低級通信D.間接通信（9）對于兩個并發(fā)進(jìn)程，設(shè)互斥信號量為mutex，若mutex=0則__A_。A.表示有一個進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)B.表示沒有進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)C.表示有一個進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)，另一個進(jìn)程等待進(jìn)入D.表示有兩個進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)（10）對信號量S執(zhí)行V操作后，下述選項正確的是_C__。A.當(dāng)S小于等于0時喚醒一個阻塞進(jìn)程B.當(dāng)S小于0時喚醒一個阻塞進(jìn)程C.當(dāng)S小于等于0時喚醒一個就緒進(jìn)程D.當(dāng)S小于0時喚醒一個就緒進(jìn)程（11）在消息緩沖通信中，消息隊列屬于_A__資源。A.臨界B.共享C.永久D.可剝奪（12）在消息緩沖通信機(jī)制中，使用的臨界資源是_D__。A.信箱B.消息隊列中的某個緩沖區(qū)C.管道D.整個消息隊列2）填空題（1）信號量的物理意義是：當(dāng)信號量值大于0時表示可用資源的個數(shù)；當(dāng)信號量值小于0時，其絕對值為等待該信號量的進(jìn)程數(shù)。（2）如果信號量的當(dāng)前值為-4，則表示系統(tǒng)中在該信號量上有__4__個等待進(jìn)程。（3）對于信號量可以做P操作和V操作，P操作用于阻塞進(jìn)程，V操作用于釋放進(jìn)程。程序中的P和V操作應(yīng)謹(jǐn)慎使用，以保證其使用的正確性，否則執(zhí)行時可能發(fā)生死鎖。（4）有m個進(jìn)程共享同一臨界資源，若使用信號量機(jī)制實現(xiàn)對臨界資源的互斥訪問，則信號量值的變化范圍是_[-(m-1),1]_。（5）管程由局部于管程（資源對象）的共享變量的說明、對管程（資源對象）數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的一組過程和對局部于管程的數(shù)據(jù)設(shè)置初始值的語句三部分組成。（6）訪問臨界資源的進(jìn)程應(yīng)該遵循的條件有：空閑讓進(jìn)、忙則等待、有限等待和讓權(quán)等待。（7）每個信箱可以包含信箱頭和信箱體兩部分。（8）為了實現(xiàn)消息緩沖通信，在PCB中應(yīng)增加的數(shù)據(jù)項有消息隊列中消息資源的信號量、對消息隊列互斥操作的信號量和指向消息隊列的指針。3）解答題（1）什么是臨界資源？什么是臨界區(qū)？對臨界資源的訪問有哪些原則？答：一次僅允許一個進(jìn)程使用的共享資源被稱為臨界資源。每個進(jìn)程中訪問臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)。對臨界資源的訪問原則是：①空閑讓進(jìn)，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。②忙則等待，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)，則其它所有試圖進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程必須等待。③有限等待，進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程要在有限時間內(nèi)退出，以便其它進(jìn)程能及時進(jìn)入自己的臨界區(qū)。④讓權(quán)等待，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。（2）請給出P、V操作的定義。如何用P、V操作實現(xiàn)進(jìn)程間的互斥？解：P原語操作的動作是：①sem減1；②若sem減1后仍大于或等于零，則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；③若sem減1后小于零，則該進(jìn)程被阻塞后進(jìn)入與該信號相對應(yīng)的隊列中，然后轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度。V原語操作的動作是：①sem加1；②若相加結(jié)果大于零，則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；③若相加結(jié)果小于或等于零，則從該信號的等待隊列中喚醒一等待進(jìn)程，然后再返回原進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行或轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度。由于用于互斥的信號量sem與所有的并發(fā)進(jìn)程有關(guān)，所以稱之為公有信號量。公有信號量的值反映了公有資源的數(shù)量。只要把臨界區(qū)置于P(sem)和V(sem)之間，即可實現(xiàn)進(jìn)程間的互斥，sem的初值通常設(shè)置成1。使用P、V操作實現(xiàn)進(jìn)程互斥時應(yīng)該注意的是：①每個程序中用戶實現(xiàn)互斥的P、V操作必須成對出現(xiàn)，先做P操作，進(jìn)臨界區(qū)，后做V操作，出臨界區(qū)。若有多個分支，要認(rèn)真檢查其成對性。②P、V操作應(yīng)分別緊靠臨界區(qū)的頭尾部，臨界區(qū)的代碼應(yīng)盡可能短，不能有死循環(huán)。③互斥信號量的初值一般為1。（3）請用P、V操作寫出一個不會出現(xiàn)死鎖的哲學(xué)家進(jìn)餐問題的解？解：至多只允許四個哲學(xué)家同時進(jìn)餐，以保證至少有一個哲學(xué)家能夠進(jìn)餐，最終總會釋放出他所使用過的兩支筷子，從而可使更多的哲學(xué)家進(jìn)餐。以下將room作為信號量，只允許4個哲學(xué)家同時進(jìn)入餐廳就餐，這樣就能保證至少有一個哲學(xué)家可以就餐，而申請進(jìn)入餐廳的哲學(xué)家進(jìn)入room的等待隊列，根據(jù)FIFO的原則，總會進(jìn)入到餐廳就餐，因此不會出現(xiàn)餓死和死鎖的現(xiàn)象。semaphorechopstick[5]={1，1，1，1，1};semaphoreroom=4;voidphilosopher(inti){while(true){think();wait(room);//請求進(jìn)入房間進(jìn)餐wait(chopstick[i]);//請求左手邊的筷子wait(chopstick[(i+1)%5]);//請求右手邊的筷子eat();signal(chopstick[(i+1)%5]);//釋放右手邊的筷子signal(chopstick[i]);//釋放左手邊的筷子signal(room);//退出房間釋放信號量room}}（此題有多種解法。）（4）高級進(jìn)程通信方式有哪幾類？各自如何實現(xiàn)進(jìn)程間通信？答：高級進(jìn)程通信方式可以分為三大類：共享存儲器系統(tǒng)、消息傳遞系統(tǒng)以及管道通信系統(tǒng)。在共享存儲區(qū)系統(tǒng)中，進(jìn)程通過共享內(nèi)存中的存儲區(qū)來實現(xiàn)通信。在消息傳遞系統(tǒng)中，進(jìn)程間的數(shù)據(jù)交換以消息為單位，程序員直接利用系統(tǒng)提供的一組通信命令（原語）來實現(xiàn)通信。管道是用于連接讀進(jìn)程和寫進(jìn)程以實現(xiàn)它們之間通信的共享文件，向管道提供輸入的發(fā)送進(jìn)程（即寫進(jìn)程）以字符流形式將大量的數(shù)據(jù)送入管道，而接收管道輸出的接收進(jìn)程（即讀進(jìn)程）可以從管道中接收數(shù)據(jù)。（5）設(shè)有6個進(jìn)程P1、P2、P3、P4、P5、P6，它們有如圖3.5所示的并發(fā)關(guān)系。試用P、V操作實現(xiàn)這些進(jìn)程間的同步。圖3.5六個合作進(jìn)程的并發(fā)關(guān)系圖3.5六個合作進(jìn)程的并發(fā)關(guān)系解：semaphorea,b,c,d,e,f=0,0,0,0,0,0;{cobeginP1;P2;P3;P4;P5;P6;coend}P1(){P1;V(a);V(b);}P2(){P(a);P2;V(c);}P3(){P(b);P3;V(d);}P4(){P(c);P4;V(e);}P5(){P(d);P5;V(f);}P6(){P(e);P(f);P6;}（6）有一個單向行駛的公路橋，每次只允許一輛汽車通過。當(dāng)汽車到達(dá)橋頭時，若橋上無車，便可上橋；否則需等待，直到橋上的汽車下橋為止。若每一輛汽車為一個進(jìn)程，請用P、V操作保證汽車按要求過橋。解：本題中使用一個信號量m用于互斥過河，因為每次允許一輛汽車通過，所以m初值為1。semaphorem=1；main(){cobeginpassi()；coend}passi(){P（m）；Passtheriver；V（m）；}passi表示第i輛汽車。（7）有3個并發(fā)進(jìn)程R、M、P，它們共享了一個可循環(huán)使用的緩沖區(qū)B，緩沖區(qū)B共有n個單元。進(jìn)程R負(fù)責(zé)從輸入設(shè)備讀信息，每讀一個字符后，把它存入到緩沖區(qū)B的一個單元中；進(jìn)程M負(fù)責(zé)處理讀入的字符；進(jìn)程P負(fù)責(zé)把處理后的字符取出并打印輸出。只有當(dāng)緩沖區(qū)單元中的字符被進(jìn)程P取出后，才又可用來存放下一次讀入的字符。請用P、V操作為同步機(jī)制寫出它們能正確并發(fā)執(zhí)行的程序。解：semaphorebuffer_number=n;semaphorechar_number=0;semaphoreman_number=0;main(){cobeginR;M;P;coend}R(){while(true){P(buffer_number);readachartobuffer;V(char_number);}}M(){while(true){P(char_number);manipulateachar;V(man_number);}}P(){while(true){P(man_number);printachar;V(buffer_number);}}（8）在生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題中，如果對調(diào)生產(chǎn)者描述中的兩個P操作會發(fā)生什么情況？如果對調(diào)生產(chǎn)者描述中的兩個V操作的順序又會發(fā)生什么情況？答：在生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題中，如果將兩個P操作位置對調(diào)，都可能引起死鎖?？紤]系統(tǒng)中緩沖區(qū)全滿前時，若一生產(chǎn)者進(jìn)程先執(zhí)行了P(mutex)操作并獲得成功，當(dāng)再執(zhí)行P(empty)操作時，它將因失敗而進(jìn)入阻塞狀態(tài)，它期待消費(fèi)者執(zhí)行V(empty)來喚醒自己。在此之前，它不可能執(zhí)行V(mutex)操作，從而使企圖通過P(mutex)進(jìn)入自己的臨界區(qū)的其他生產(chǎn)者和所有的消費(fèi)者進(jìn)程全部進(jìn)入阻塞狀態(tài)，從而引起系統(tǒng)死鎖。類似地，消費(fèi)者進(jìn)程若先執(zhí)行P(mutex)，后執(zhí)行P(full)，同樣可能造成死鎖。V(full)和V(mutex)互換位置，或者V(empty)和V(mutcx)互換位置，則不會引起死鎖，其影響只是使臨界資源的釋放略為推遲一些。（9）一個快餐廳有4類職員：①領(lǐng)班：接受顧客點菜；②廚師：準(zhǔn)備顧客的飯菜；③打包工：將做好的飯菜打包；④出納員：收款并提交食品。每個職員可被看作一個進(jìn)程，試用一種同步機(jī)制寫出能讓四類職員正確并發(fā)運(yùn)行的程序。解：semaphoreS1=1；//S1表示是否可以開始點菜semaphoreS2=0；//S2表示是否可以開始做菜semaphoreS3=0；//S3表示是否可以開始打包semaphoreS4=0；//S4表示是否可以提交食品main(){cobeginLB（）；CS（）；DBG（）；CNY（）；coend}LB(){while(true){顧客到達(dá)；P(S1)；接受顧客點菜；V(S2)；}}CS(){while(true){P(S2)；準(zhǔn)備顧客的飯菜；V(S3)；}}DBG(){while(true){P(S3)；打包顧客的飯菜；V(S4)；}}CNY(){while(true){P(S4)；收款并提交食品；V(S1)；}}（10）設(shè)公共汽車上，司機(jī)和售票員的活動分別如下：①司機(jī)的活動：啟動車輛：正常行車；到站停車。②售票員的活動：關(guān)車門；售票；開車門。在汽車不斷地到站、停車、行駛過程中，這兩個活動有什么同步關(guān)系？用信號量和P、V操作實現(xiàn)它們的同步。解：semaphores1=0;//s1表示是否允許司機(jī)啟動汽車，其初值為0semaphores2=0;//s2表示是否允許售票員開門，其初值為0main(){cobegindriver();busman();coend}driver(){while(true){P(s1);啟動車輛;正常行車;到站停車;V(s2);}}busman(){while(true){關(guān)車門;V(s1);售票;