計算機操作系統(tǒng)第四版課后習題答案

《計算機操作系統(tǒng)》課后習題答案

注：課本為《計算機操作系統(tǒng)(第四版)》，湯小丹梁紅兵哲鳳屏湯子瀛編

著，

西安電子科技大學出版社出版

第一章

1.設(shè)計現(xiàn)代OS的主要目標是什么？

答：⑴有效性⑵方便性⑶可擴充性(4)開放性

2.OS的作用可表現(xiàn)在哪幾個方面？

答：⑴OS作為用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口

⑵OS作為計算機系統(tǒng)資源的管理者

⑶OS實現(xiàn)了對計算機資源的抽象

3.為什么說。故現(xiàn)了對計算機資源的抽象？

答：OS首先在裸機上覆蓋一層I/。設(shè)備管理軟件，實現(xiàn)了對計算機硬件操作的第一

層次抽

象；在第一層軟件上冉覆蓋文件管理軟件，實現(xiàn)了對硬件資源操作的第二層次抽

象。OS通

過在計算機硬件上安裝多層系統(tǒng)軟件，增強了系統(tǒng)功能，隱藏了對硬件操作的細

節(jié)，由它們

共同實現(xiàn)了對計算機資源的抽象。

4.試說明推動多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要動力是什么？

答：主要動力來源于四個方面的社會需求與技術(shù)發(fā)展：

⑴不斷提高計算機資源的利用率；

⑵方便用戶；

⑶器件的不斷更新?lián)Q代；

(4)計算機體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展。

5.何謂脫機I/O和聯(lián)機DO?

答：月-機I/O是指事先將裝有用戶程序和數(shù)據(jù)的紙帶或卡片裝入紙帶輸入機或卡

片機，在

外圍機的控制下，把紙帶或卡片上的數(shù)據(jù)或程序輸入到磁帶上。該方式下的輸入

輸出由外圍

機控制完成，是在脫離主機的情況下進行的。

而聯(lián)機I/O方式是指程序和數(shù)據(jù)的輸入輸出都是在主機的直接控制下進行的。

6.試說明推動分時系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要動力是什么？

答：推動分時系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要動力是更女?地滿足用戶的需要。主要表現(xiàn)在:

CPU的

分時使用縮短了作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時間；人機交互能力使用戶能直接控制自己的作

業(yè)；主機的共享使多用戶能同時使用同一臺計算機，獨立地處理自己的作業(yè)。

7.實現(xiàn)分時系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是什么？應(yīng)如何解決？答：關(guān)鍵問題是當用戶在自己

的終端上鍵入命令時，系統(tǒng)應(yīng)能及時接收并及時處理該命令,在用戶能接受的時延

內(nèi)將結(jié)果返回給用戶。

解決方法：針對及時接收問題，可以在系統(tǒng)中設(shè)置多路卡，使主機能同時接收用

戶從各個終

端上輸入的數(shù)據(jù)；為每個終端配置緩沖區(qū)，暫存用戶鍵入的命令或數(shù)據(jù)。針對及

時處理問題,應(yīng)使所有的用戶作業(yè)都直接進入內(nèi)存，并且為每個作業(yè)分配一個時間

片，允許作業(yè)只在自己

的時間片內(nèi)運行，這樣在不長的時間內(nèi)，能使每個作業(yè)都運行一次。

8.為什么要引入實時OS

答：實時操作系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的時間內(nèi)完成對

該事件的處

理，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運行。引入實時OS是為了滿足應(yīng)用的需求，

更好地滿足實時控制領(lǐng)域和實時信息處理領(lǐng)域的需要。

9.什么是硬實時任務(wù)和軟實時任務(wù)？試舉例說明。

答：硬實時任務(wù)是指系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對截止時間的要求，否則可能出現(xiàn)難以預

測的結(jié)果。

舉例來說，運載火箭的控制等。

軟實時任務(wù)是指它的截止時間并不嚴格，偶爾錯過了任務(wù)的截止時間，對系統(tǒng)產(chǎn)

生的影響不大。舉例：網(wǎng)頁內(nèi)容的更新、火車售票系統(tǒng)。

10.在8位微機和16位微機中，占據(jù)了統(tǒng)治地位的是什么操作系統(tǒng)？

答：單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)，其中最具代表性的是CP/M和MS-DOS.

11.試列出WindowsOS中五個主要版本，并說明它們分別較之前一個版本有何改

進。

答：

(1)MicrosoftWindowsl.O是微軟公司在個人電腦上開發(fā)圖形界面的首次嘗試。

⑵Windows95是混合的16位/32位系統(tǒng)，第一個支持32位。帶來了更強大、更

穩(wěn)

定、更實用的桌面圖形用戶界面，結(jié)束了桌面操作系統(tǒng)間的競爭。

(3)Windows98是微軟公司的混合16位/32位Windows操作系統(tǒng)，改良了硬件標準

的支持，革新了內(nèi)存管理，是多進程操作系統(tǒng)。

(4)WindowsXP是基于Windows2000的產(chǎn)品，擁有新用戶圖形界面月神Luna。簡

化了用戶安全特性，整合了防火墻。

(5)WindowsVista包含/上百種新功能；特別是新版圖形用戶界面和WindowsAero

全新界面風格、加弓11的搜尋功能(WindowsIndexingService)、新媒體創(chuàng)作工具以及

重新設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)、音頻、輸出（打?。┖惋@示子系統(tǒng)。。

12.試從交互性、及時性以及可靠性方面，將分時系統(tǒng)與實時系統(tǒng)進行比較。

答：⑴及時性：實時信息處理系統(tǒng)對實時性的要求與分時系統(tǒng)類似，都是以人所

能接受的等待時間來確定；而實時控制系統(tǒng)的及時性，是以控制對象所要求的開

始截止時間或完成截止時間來確定的，一般為秒級到毫秒級，甚至有的要低于100

微妙。

⑵交互性：實時信息處理系統(tǒng)具有交互性，但人與系統(tǒng)的交互僅限于訪問系統(tǒng)中

某

些特定的專用服務(wù)程序。不像分時系統(tǒng)那樣能向終端用戶提供數(shù)據(jù)和資源共享等

服務(wù)。

⑶可靠性：分時系統(tǒng)也要求系統(tǒng)可靠，但相比之下，實時系統(tǒng)則要求系統(tǒng)具有高

度

的可靠性。因為任何差錯都可能帶來巨大的經(jīng)濟損失，甚至是災(zāi)難性后果，所以

在實時系統(tǒng)

中，往往都采取了多級容錯措施保障系統(tǒng)的安全性及數(shù)據(jù)的安全性。

13.OS有哪幾大特征？其最基本的特征是什么？

答：并發(fā)性、共享性、虛擬性和異步性四個基本特征；最基本的特征是并發(fā)性。

14.處理機管理有哪些主要功能？它們的主要任務(wù)是什么？

答：處理機管理的主要功能是：進程管理、進程同步、進程通信和處理機調(diào)度；

進程管理：為作業(yè)創(chuàng)建進程，撤銷已結(jié)束進程，控制進程在運行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)

換。

進程同步：為多個進程（含線程）的運行進行協(xié)調(diào)。

通信：用來實現(xiàn)在相互合作的進程之間的信息交換。

處理機調(diào)度：

⑴作業(yè)調(diào)度。從后備隊里按照一定的算法，選出若干個作業(yè)，為他們分配運行所

需

的資源（首選是分配內(nèi)存）。

⑵進程調(diào)度：從進程的就緒隊列中，按照一定算法選出一個進程，把處理機分配

給

它，并設(shè)置運行現(xiàn)場，使進程投入執(zhí)行。

15.內(nèi)存管理有哪些主要功能？他們的主要任務(wù)是什么？

北京石油化工學院信息工程學院計算機系3/48

《計算機操作系統(tǒng)》習題參考答案余有明與計07和計G09的同學們編著3/48

答：內(nèi)存管理的主要功能有：內(nèi)存分配、內(nèi)存保護、地址映射和內(nèi)存擴充。

內(nèi)存分配：為每道程序分配內(nèi)存。

內(nèi)存保護：確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存空間運行，彼此互不干擾。

地址映射：將地址空間的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間與對應(yīng)的物理地址。

內(nèi)存擴充：用于實現(xiàn)請求調(diào)用功能，置換功能等。

16.設(shè)備管理有哪些主要功能？其主要任務(wù)是什么？

答：主要功能有：緩沖管理、設(shè)備分配和設(shè)備處理以及虛擬設(shè)備等。

主要任務(wù)：完成用戶提出的I/O請求，為用戶分配I/O設(shè)備；提高CPU和DO設(shè)

備的利用率；提高I/O速度；以及方便用戶使用I/O設(shè)備.

17.文件管理有哪些主要功能？其主要任務(wù)是什么？

答：文件管理主要功能：文件存儲空間的管理、目錄管理、文件的讀/寫管理和保

護。

文件管理的主要任務(wù)：管理用戶文件和系統(tǒng)文件，方便用戶使用，保證文件安全

性。

18.是什么原因使操作系統(tǒng)具有異步性特征？

答：操作系統(tǒng)的異步性體現(xiàn)在三個方面：一是進程的異步性，進程以人們不可預

知的速度向前推進，二是程序的不可再現(xiàn)性，即程序執(zhí)行的結(jié)果有時是不確定的,

三是程序執(zhí)行時間的不可預知性，即每個程序何時執(zhí)行，執(zhí)行順序以及完成時間

是不確定的。

19.模塊接口法存在哪些問題？可通過什么樣的途徑來解決？

答：（1）模塊接口法存在的問題：①在OS設(shè)計時，各模塊間的接口規(guī)定很難滿足

在模決完成后對接口的實際需求。②在OS設(shè)計階段，設(shè)計者必須做出一系列的決

定，每一個決定必

須建立在上一個決定的基礎(chǔ)上。但模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計的各模塊設(shè)計齊頭并進，無法

尋找可靠的

順序，造成各種決定的無序性，使程序設(shè)計人員很難做到設(shè)計中的每一步?jīng)Q定都

建立在可靠的基礎(chǔ)上，因此模塊接口法被稱為“無序模塊法”。

（2）解決途徑：將模塊接口法的決定順序無序變有序，引入有序分層法。

20.在微內(nèi)核OS中，為什么要采用客戶/服務(wù)器模式？

答：C/S模式具有獨特的優(yōu)點：⑴數(shù)據(jù)的分布處理和存儲。⑵便于集中管理。⑶靈

活性和可擴充性0⑷易于改編應(yīng)用軟件。

21.試描述什么是微內(nèi)核OS

答：1）足夠小的內(nèi)核2）基于客戶/服務(wù)器模式

3）應(yīng)用機制與策略分離原理4）采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)。

22.在基于微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的OS中，應(yīng)用了哪些新技術(shù)？

答：在基于微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的OS中，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)汁技術(shù)。

23.何謂微內(nèi)核技術(shù)？在微內(nèi)核中通常提供了哪些功能？

答：把操作系統(tǒng)中更多的成分和功能放到更高的層次（即用戶模式）中去運行，

而留下一個

盡量小的內(nèi)核，用它來完成操作系統(tǒng)最基本的核心功能，稱這種技術(shù)為微內(nèi)核技

術(shù)。在微內(nèi)

核中通常提供了進程（線程）管理、低級存儲器管理、中斷和陷入處理等功能。

24.微內(nèi)核操作系統(tǒng)具有哪些優(yōu)點？它為何能有這些優(yōu)點？

答：1）提高了系統(tǒng)的可擴展性

2）增強了系統(tǒng)的可靠性

3）可移植性

4）提供了對分布式系統(tǒng)的支持

5）融入了面向?qū)ο蠹夹g(shù)

第二章

1.什么是前趨圖？為什么要引入前趨圖？

答:前趨圖（PrecedenceGraph）是~■個有向無循環(huán)圖，記為DAG（DirectedAcyclicGraph）,

用于描述進程之間執(zhí)行的前后關(guān)系。

2.畫出下面四條語句的前趨圖

Sl=a：=x+y;S2=b:=z+l;S3=c:=a-b;S4=w：=c+l;

答：其前趨圖為：

3.什么程序并發(fā)執(zhí)行會產(chǎn)生間斷性特征？

答：程序在并發(fā)執(zhí)行時，由于它們共享系統(tǒng)資源，為完成同一項任務(wù)需要相互合

作，致使這

些并發(fā)執(zhí)行的進程之間，形成了相互制約關(guān)系，從而使得進程在執(zhí)行期間出現(xiàn)間

斷性。

4.程序并發(fā)執(zhí)行時為什么會失去封閉性和可再現(xiàn)性？

答：程序并發(fā)執(zhí)行時，多個程序共享系統(tǒng)中的各種資源，因而這些資源的狀態(tài)由

多個程序改

變，致使程序運行失去了封閉性，也會導致其失去可再現(xiàn)性。

5.在操作系統(tǒng)中為什么要引入進程概念？它會產(chǎn)生什么樣的影響？

答：為了使程序在多道程序環(huán)境下能并發(fā)執(zhí)行，并對并發(fā)執(zhí)行的程序加以控制和

描述，在操

作系統(tǒng)中引入了進程概念。

影響：使程序的并發(fā)執(zhí)行得以實行。

6.試從動態(tài)性，并發(fā)性和獨立性上比較進程和程序？

答：⑴動態(tài)性是進程最基本的特性，表現(xiàn)為由創(chuàng)建而產(chǎn)生，由調(diào)度而執(zhí)行，因得

不到資源

而暫停執(zhí)行，由撤銷而消亡。進程有一定的生命期，而程序只是一組有序的指令

集合，是靜

態(tài)實體。⑵并發(fā)性是進程的重要特征，同時也是OS的重要特征。引入進程的目的

正是為了使

其程序能和其它進程的程序并發(fā)執(zhí)行，而程序是不能并發(fā)執(zhí)行的。

⑶獨立性是指進程實體是一個能獨立運行的基本單位，也是系統(tǒng)中獨立獲得資源

和獨立調(diào)度的基本單位。對于未建立任何進程的程序，不能作為獨立單位參加運

行。

7.試說明PCB的作用，為什么說PCB是進程存在的惟一標志？

答：PCB是進程實體的一部分，是操作系統(tǒng)中最重要的記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。作用是使

一個在多道程序環(huán)境下不能獨立運行的程序，成為一個能獨立運行的基本單位，

成為能與其它進程

并發(fā)執(zhí)行的進程。OS是根據(jù)PCB對并發(fā)執(zhí)行的進程進行控制和管理的。

8.試說明進程在三個基本狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的典型原因。

答：⑴就緒狀態(tài)一執(zhí)行狀態(tài)：進程分配到CPU八源

⑵執(zhí)行狀態(tài)一就緒狀態(tài)：時間片用完

⑶執(zhí)行狀態(tài)一阻塞狀態(tài)：I/O請求

(4)阻塞狀態(tài)一就緒狀態(tài)：I/O完成

9.為什么要引入掛起狀態(tài)？該狀態(tài)有哪些性質(zhì)？

答：引入掛起狀態(tài)處于五種不同的需要：終端用戶需要，父進程需要，操作系統(tǒng)

需要，對換

北京石油化工學院信息工程學院計算機系5/48

《計算機操作系統(tǒng)》習題參考答案余有明與計07和計G09的同學們編著5/48

需要和負荷調(diào)節(jié)需要。處于掛起狀態(tài)的進程不能接收處理機調(diào)度。

10.在進行進程切換時，所要保存的處理機狀態(tài)信息有哪些？

答：進行進程切換時，所要保存的處理機狀態(tài)信息有：

⑴進程當前暫存信息

⑵下一指令地址信息

⑶進程狀態(tài)信息

(4)過程和系統(tǒng)調(diào)用參數(shù)及調(diào)用地址信息。

11.試說明引起進程創(chuàng)建的主要事件。

答：引起進程創(chuàng)建的主要事件有：用戶登錄、作業(yè)調(diào)度、提供服務(wù)、應(yīng)用請求。

12.試說明引起進程被撤銷的主要事件。

答：引起進程被撤銷的主要事件有：正常結(jié)束、異常結(jié)束(越界錯誤、保護錯、非

法指令、

特權(quán)指令錯、運行超時、等待超時、算術(shù)運算錯、I/O故障)、外界干預(操作員或

操作系

統(tǒng)干預、父進程請求、父進程終止)。

13.在創(chuàng)建一個進程時所要完成的主要工作是什么？

答：

⑴OS發(fā)現(xiàn)請求創(chuàng)建新進程事件后，調(diào)用進程創(chuàng)建原語Creato；

⑵申請空白PCB

⑶為新進程分配資源；

(4)初始化進程控制塊；

⑸將新進程插入就緒隊列.

14.在撤銷一個進程時所要完成的主要工作是什么？

答：

⑴根據(jù)被終止進程標識符，從PCB集中檢索出進程PCB讀出該進程狀態(tài)。

⑵若被終止進程處于執(zhí)行狀態(tài)，立即終止該進程的執(zhí)行，置調(diào)度標志真，指示該

進程被

終止后重新調(diào)度。

⑶若該進程還有子進程，應(yīng)將所有子孫進程終止，以防它們成為不可控進程。

(4)將被終止進程擁有的全部資源，歸還給父進程，或歸還給系統(tǒng)。

⑸將被終止進程PCB從所在隊列或列表中移出，等待其它程序搜集信息。

15.試說明引起進程阻塞或被喚醒的主要事件是什么？

答：a.請求系統(tǒng)服務(wù)；b.啟動某種操作；c.新數(shù)據(jù)尚未到達；d.無新工作可做.

16.進程在運行時存在哪兩種形式的制約？并舉例說明之。

答：

⑴間接相互制約關(guān)系。舉例：有兩進程A和B,如果A提出打印請求，系統(tǒng)已把唯

一的

一臺打印機分配給了進程B,則進程A只能阻塞；一旦B釋放打印機，A才由阻塞

改為就

緒。

⑵直接相互制約關(guān)系。舉例：有輸入進程A通過單緩沖向進程B提供數(shù)據(jù)。當緩

沖空時，計算進程因不能獲得所需數(shù)據(jù)而阻塞，當進程A把數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)后，

便喚醒進程B;反

之，當緩沖區(qū)已滿時，進程A因沒有緩沖區(qū)放數(shù)據(jù)而阻塞，進程B將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)

取走后便喚醒Ao

17.為什么進程在進入臨界區(qū)之前應(yīng)先執(zhí)行“進入?yún)^(qū)”代碼？而在退出前又要執(zhí)

行“退出區(qū)”代碼？

答：為了實現(xiàn)多個進程對臨界資源的互斥訪問，必須在臨界區(qū)前面增加一段用于

檢查欲訪問

的臨界資源是否正被訪問的代碼，如果未被訪問，該進程便可進入臨界區(qū)對資源

進行訪問，并設(shè)置正被訪問標志，如果正被訪問，則本進程不能進入臨界區(qū)，實

現(xiàn)這一功能的代碼為〃

北京石油化工學院信息工程學院計算機系6/48

《計算機操作系統(tǒng)》習題參考答案余有明與計07和計G09的同學們編著6/48

進入?yún)^(qū)〃代碼；

在退出臨界區(qū)后，必須執(zhí)行〃退出區(qū)”代碼，用于恢復未被訪問標志，使其它進程

能再坊問此

臨界資源。

18.同步機構(gòu)應(yīng)遵循哪些基本準則？為什么？

答：同步機構(gòu)應(yīng)遵循的基本準則是：空閑讓進、忙則等待、有限等待、讓權(quán)等待

原因：為實現(xiàn)進程互斥進入自己的臨界區(qū)。

19.試從物理概念上說明記錄型信號量wait和signal.

答：wait(S)：當S.val吟0時,表示目前系統(tǒng)中這類資源還有可用的。執(zhí)行一次wait

操

作，意味著進程請求一個單位的該類資源，使系統(tǒng)中可供分配的該類資源減少一

個，因此描

述為S.value:=S.value-1;當S.value<0時，表示該類資源已分配完畢，進程應(yīng)調(diào)用block

原語自我阻塞，放棄處理機，并插入到信號量鏈表S.L中。

signal(S)：執(zhí)行一次signal操作，意味著釋放一個單位的可用資源，使系統(tǒng)中可供分

配的該類資源數(shù)增加一個，故執(zhí)行S.valuekS.vakie+1操作。若加1后S.vakie<0,則表

示在該信號量鏈表中，仍有等待該資源的進程被阻塞，因此應(yīng)調(diào)用wakeup原語，

將S.L

鏈表中的第一個等待進程喚醒。

20.你認為整型信號量機制是否完全遵循了同步機構(gòu)的四條準則？

答：整型信號量機制不完全遵循同步機制的四條準則，它不滿足“讓權(quán)等待”準

則。

21.如何利用信號量機制來實現(xiàn)多個進程對臨界資源的互斥訪問？并舉例說明

之。

答：為使多個進程互斥訪問某臨界資源，只需為該資源設(shè)置一互斥信號量mutex,

并設(shè)其

初值為1,然后將各進程訪問該資源的臨界區(qū)CS置于wait(mutex)和signal(mutex)操作

之間即可。這樣，每個欲訪問該臨界資源的進程在進入臨界區(qū)之前，都要先對mutex

執(zhí)行

wail操作，若該資源此刻未被訪問，本次wait操作必然成功，進程便可進入自己的

臨界

區(qū)，

這時若再有其他進程也欲進入自己的臨界區(qū)，此時由于對mutex執(zhí)行wait操作定會

失敗，

因而該進程阻塞，從而保證了該臨界資源能被互斥訪問。當訪問臨界資源的進程

退出臨界區(qū)

后，應(yīng)對mutex執(zhí)彳Tsignal操作，釋放該臨界資源。利用信號量實現(xiàn)進程互斥的進

程描述

如下：

Varmutex:semaphore:=l;

begin

parbegin

process1:begin

repeat

wait(mutex)；

criticalsection

signal(mutex)；

remainderseetion

untilfalse;

end

process2:begin

repeat

wait(mutex)；

criticalsection

signal(mutex)；

remaindersection

untilfalse;

end

parend

22.試寫出相應(yīng)的程序來描述圖2.17所示的前驅(qū)圖。

23(a)Vara,b,c,d,e,f,g,h;semaphore:=0,0,0,0,0,0,0,0;

begin

parbegin

beginS1;signal(a);signal(b);end;

beginwait(a);S2;signal(c);signal(d);end;

beginwait(b);S3;signal(e);end;

beginwait(c);S4;signal(f);end;

beginwait(d);S5;signal(g);end;

begin\vait(e);S6;signal(h);end;

beginwait(f);wait(g);wait(h);S7;end;

parend

end

(b)Vara,b,c,d,e,f,g,h,i,j;semaphoresO,0,0,0,0,0,0,0,0,0;

begin

parbegin

beginS1;signal(a);signal(b);end;

beginwait(a);S2;signal(c);signal(d);end;

beginwait(b);S3;signal(e);signal(f);end;

beginwait(c);S4;signal(g);end;

beginwait(d);S5;signal(h);end;

beginwait(e);S6;signal(i);end;

beginwait(f);S7;signal(j);end;

beginwait(g);wait(h);wait(i);wait(j);S8;end;parend

end

23.在生產(chǎn)者消費者問題中，如果缺少了signal(full)或signal(empty),對執(zhí)行結(jié)果有何

影響？

答：

如果缺少signal(full),那么表明從第一個生產(chǎn)者進程開始就沒有改變信號量full值，

即使緩沖池產(chǎn)品已滿，但full值還是0,這樣消費者進程執(zhí)行wait(full)時認為緩沖池

是

空

而取不到產(chǎn)品，消費者進程一直處于等待狀態(tài)。

如果缺少signaKempty),在生產(chǎn)者進程向n個緩沖區(qū)投滿產(chǎn)品后消費者進程才開始從

中取產(chǎn)品，這時emply=0,full=n,那么每當消費者進程取走一個產(chǎn)品emply值并不改變,

直到緩沖池取空了，emply值也是0,即使目前緩沖池有n個空緩沖區(qū)，生產(chǎn)者進程

要想再往緩沖池中投放產(chǎn)品也會因為申請不到空緩沖區(qū)被阻塞。

24.在生產(chǎn)消費者問題中，如果將兩個wait操作即wait(full)和wait(mutex)互換位置,

或者將signal(mutex)與signal(full)互換位置，結(jié)果如何？

答：將wait(full)和wait(mutex)互換位置后，可能引起死鎖?？紤]系統(tǒng)中緩沖區(qū)全滿

時若一生產(chǎn)者進程先執(zhí)行了wait(mutex)操作并獲得成功，則當再執(zhí)行wait(empty)

操作時，

它將因失敗而進入阻塞狀態(tài)，它期待消費者進程執(zhí)行signal(empty)來喚醒自己，在

此之前，

它不可能執(zhí)行signal(mutex)操作，從而使試圖通過執(zhí)行wait(mutex)操作而進入自己的

臨

界區(qū)的其他牛產(chǎn)者和所有消費者進程全部進入阻塞狀態(tài)，這樣容易引起系統(tǒng)死鎖.

若signal(mutex)和signal(full)互換位置后只是影響進程對臨界資源的釋放次序，而

不會引起系統(tǒng)死鎖，因此可以互換位置。

25.我們在為某一臨界資源設(shè)置一把鎖/當W=1時表示關(guān)鎖，當W=0寸表示鎖已

打開。

試寫出開鎖和關(guān)鎖的原語，并利用他們實現(xiàn)互斥。

答：整型彳f號量：lock(W):whileW=Idono-op

W:=l;

unlock(W):W:=0;

記錄型信號量：lock(W):W:=W+l;

if(W>l)thenblock(W,L)

unlock(W):W:=W-l;

if(W>O)thenwakeup(W,L)

例子：

VarW:semaphore:=0;beginrepeatlock(W);

criticalsection

unlock(W);

remaindersection

untilfalse;

end

26.試修改下面生產(chǎn)者-消費者問題解法中的錯誤

答:producer:

begin

repeatproduceraniteminnextp;

wait(mutex);

wait(fuH);/*應(yīng)為wait(empty),而且還應(yīng)該在wait(mutex)的前面*/buffer(in):二nextp;

/*緩沖池數(shù)組防I標應(yīng)前移：in:=(in+l)modn;*/

signal(mulex);

/*signal(full);*/

untilfalse;

end

consumer:

begin

repeat

wait(mutex);

wait(empty);/*應(yīng)為wait(fuH),而且還應(yīng)該在wait(mutex)的前面*/

nextc:=buffer(out);

out:=out+l;/*考慮循環(huán)，應(yīng)改為：out:=(out+1)modn;*/

signal(mutex);/*signal(empty);*/

consumeriteminnextc;

untilfalse;

end

27.試利用記錄型信號量寫出一個不會出現(xiàn)死鎖的哲學家進餐問題的算法

答:Varchopstick:array[0,,?,,4]ofsemaphore;

所有信號量均被初始化為1,第i位哲學家的活動可描述為：

Repeal

Wait(chopstick[i]);

Wait(.chopstick[(i+l)mod5]);

Ea.t;

Signal(chopstick[i]);

Signal(chopstick[(i+1)mod5])

Ea.t;

Think;

Untilfalse;

28.在測量控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，把所采集的數(shù)據(jù)送一單緩沖區(qū)；計算任

務(wù)從該單緩沖中取出數(shù)據(jù)進行計算.試寫出利用信號量機制實現(xiàn)兩者共享單緩沖

的同步算法。

答：

a.Varmutex,empty.full:semaphore:=1,1,0;

gather:

begin

repeatgatherdalainnextp;

wait(empty);

wait(mutex);

buffer:=nextp;

signal(mutex);

signal(full);

untilfalse;

end

compute:

begin

repeatwait(tull);

wait(mutex);

nextc:=buffer;

signal(mutex);

signal(empty);

computedatainnextc;

untilfalse;

end

b.Varempty,full:semaphores1,0;

gather:

begin

repeatgatherdatainnextp;

wait(empty);

buffer:=nextp;

signal(full);

untilfalse;

end

compute:

begin

repeatwait(full);

nextc:=buffer;

signal(empty);

computedatainnextc;

untilfalse;

end

29.畫圖說明管程由哪幾部分組成，為什么要引入條件變量？

答：管程由四部分組成：①管程的名稱；②局部于管程內(nèi)部的共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明;

③對該數(shù)

據(jù)結(jié)構(gòu)進行操作的一組過程；④對局部于管程內(nèi)部的共享數(shù)據(jù)設(shè)置初始值的語句;

當一個進程調(diào)用了管程，在管程中時被阻塞或掛起，直到阻塞或掛起的原因解除,

而在此期

間，如果該進程不釋放管程，則其它進程無法進入管程，被迫長時間地等待。為

了解決這個

問題，引入了條件變量condition￡

30.如何利用管程來解決生產(chǎn)者與消費者問題？

答；首先建立一'個管程，命名為ProcluccrConsumcr,包括兩個過程；

(1)Put(item)過程。生產(chǎn)者利用該過程將自己生產(chǎn)的產(chǎn)品放到緩沖池，用整型變量

count表示在緩沖池中已有的產(chǎn)品數(shù)目，當count>n時，表示緩沖池已滿，生產(chǎn)者須

等待。

(2)get(item)過程。消費者利用該過程從緩沖池中取出一個產(chǎn)品，當count<0時，

表示緩沖池中已無可取的產(chǎn)品，消費者應(yīng)等待。

PC管程可描述如下：

typeproducer-consumer=monitor

Varin,out,count:integer;

buffer:array[0,???,n-1]ofitem;

notfull,notempty:condition;

procedureentrydot(item)

begin

ifcount>=nthennotfull.wait;

buffer(in):=nextp;

in:=(in+l)modn;

count:=count+l;

ifnotempty.queuethennotempty.signal;

end

procedureentryget(item)

begin

ifcounl<=Othennolfull.wait;

nextc:=buffer(out);

out:=(out+l)modn;

count:=count-l;

ifnotfull.quenethennotfull.signal;

end

beginin:=out:=0;

count:=0

end

在利用管程解決生產(chǎn)者一消費者問題時，其中的生產(chǎn)者和消費者可描述為:

producer:begin

pepeat

produceanineminnestp

PC.put(item);

untilfalse;

end

consumer:beginrepeatPC.get(item);

consumetheiteminenxtc;

untilfalse;

end

31.什么是AND言號量？試利用AND言號量寫出生產(chǎn)者一消費者問題的解法。

答：為解決并行帶來的死鎖問題，在wail操作中引入AND條件，其基本思想是將

進程在整個運行過程中所需要的所有臨界資源，一次性地全部分配給進程，用完

后一次性釋放。

解決生產(chǎn)者-消費者問題可描述如下：

varmutex,empty,full:semaphore:=l,n,O;

buffer:array[O,...,n-l]ofitem;

in,out:integer:=0,0;

begin

parbegin

producer:begin

repeat

???

produceaniteminnextp;

wait(empty);

wait(sl,s2,s3,...,sn);//s1,s2,...,sn為執(zhí)行生產(chǎn)者進程除empty外其余的條件

wait(mutex);

buffer(in):=nextp;

in;=(in+l)niodn;

signal(mutex);

signal(full);

signals1,s2,s3,...,sn);

untilfalse;

endconsumer:begin

repeat

wait(full);

wait(kl,k2,k3,...,kn);//kl,k2,...,kn為執(zhí)行消費者進程除full外其余的條件

wait(mutcx);

nextc:=buffer(out);

out:=(out+l)modn;

signal(mutex);

signal(empty);

signaKk1,k2,k3,...,kn);

consumetheiteminnextc;

untilfalse;

endparendend

32.什么是信號量集？試利用信號量集寫出讀者一寫者問題的解法。

答：對AND言號量加以擴充，形成的信號量集合的讀寫機制。

解法：VarRNinteger;

L,mx:semaphore:=RN,1;

beginparbeginreader:begin

repeal

Swait(LJJ);

Swait(mx,l,l);

perfbrmreadoperation;

???

Ssignal（L,l）;

untilfalseendwriter:beginrepeat

Swait（mx,l,l;L,RN,0）;

performwriteoperation;

Ssignal（mx,l）;

untilfalseend

parendend

33.試比較進程間的低級與高級通信工具。

答：用戶用低級通信