操作系統(tǒng)第二章課后答案

1、第二章進程管理2 .試畫出下面4條語句的前趨圖：Si： a:=x+y;52: b:=z+1;53: c:=a-b;S4： w:=c+1;3 .為什么程序并發(fā)執(zhí)行會產(chǎn)生間斷性特征專業(yè)word可編輯程序在并發(fā)執(zhí)行時，由于它們共享系統(tǒng)資源,以及為完成同一項任務而相互合作致使在這些并發(fā)執(zhí)行的進程之間，形成了相互制約的關系，從而也就使得進程在執(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？因為程序并發(fā)執(zhí)行時，是多個程序共享系統(tǒng)中的各種資源，因而這些資源的狀態(tài)是 由多個程序來改變，致使程序的運行失去了封閉性。而程序一旦失去了封閉性也會導致 其再失去可再現(xiàn)性。5 .在操作系統(tǒng)中為什么要

2、引入進程概念？它會產(chǎn)生什么樣的影響？為了使程序在多道程序環(huán)境下能并發(fā)執(zhí)行，并能對并發(fā)執(zhí)行的程序加以控制和描述，從而在操作系統(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？a.動態(tài)性是進程最基本的特性，可表現(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，以及由撤銷而消亡，因而進程由一定的生命期；而程序只是一組有 序指令的集合，是靜態(tài)實體。b.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建立了進程的程序并發(fā)執(zhí)行，而程序本身是不能并發(fā)執(zhí)行的 。c.獨立性是指進程實體是一個能獨立運行的基本單位，同

3、時也是系統(tǒng)中獨立獲得資源和獨立調(diào)度的基本單位。而對于未建立任何進程的程序 ，都不能作為一個獨立的單 位來運行。7 .試說明PCB的作用？為什么說PCB是進程存在的唯一標志 ？a.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)。PCB中記錄了操作系統(tǒng)所需的用于描述進程情況及控制進程運行所需的全部信息。因而它的作用是使一個在多道程序環(huán)境下不能獨立運行的程序（含數(shù)據(jù)），成為一個能獨立運行的基本單位，一個能和其它進程并發(fā)執(zhí)行的進程。b.在進程的整個生命周期中，系統(tǒng)總是通過其 PCB對進程進行控制，系統(tǒng)是根據(jù)進程 的PCB而不是任何別的什么而感知到該進程的存在的，所以說，PCB是進程存在的

4、唯一"標志。8 .試說明進程在三個基本狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的典型原因a.處于就緒狀態(tài)的進程，當進程調(diào)度程序為之分配了處理機后，該進程便由就緒狀態(tài)變?yōu)閳?zhí)行狀態(tài)。b.當前進程因發(fā)生某事件而無法執(zhí)行，如訪問已被占用的臨界資源 ，就會使進程由執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)。c.當前進程因時間片用完而被暫停執(zhí)行，該進程便由執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫途w狀態(tài)。9 .為什么要引入掛起狀態(tài) ？該狀態(tài)有哪些性質(zhì)？a.引入掛起狀態(tài)主要是出于 4種需要（即引起掛起的原因）：終端用戶的請求，父進程 請求，負荷調(diào)節(jié)的需要，操作系統(tǒng)的需要。b.被掛起的進程是處于靜止狀態(tài)，并且不能直接被處理機調(diào)度。17 .為什么進程在進入臨界區(qū)之前應先執(zhí)行

5、進入?yún)^(qū)”代碼？而在退出前又要執(zhí)行退出區(qū)”代碼？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)之前加一段用于檢查臨界資源是否正在被訪問的代碼，如未被訪問，該進程可進入臨界區(qū)對此臨界資源進行訪問；如正被訪問，則該進程不能進入臨界區(qū)訪問臨界資源。在退出臨界區(qū)后，執(zhí)行恢復訪問標志的代碼為 退出區(qū)”，而在退出前執(zhí)行退出區(qū)”代碼主要是為了使其它進程能再訪問此臨界資源。18 .同步機構(gòu)應遵循哪些基本準則？為什么？a.空閑讓進、忙則等待、有限等待、讓權(quán)等待四條準則b.為實現(xiàn)進程能互斥地進入到自己的臨界區(qū)19 .試從物理概念上說明記錄型信-號量wait 和 signal 。Wait(S):當S.value&

6、gt;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，是系統(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，因此進程應調(diào)用block原語，進行自我阻塞，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.value:=S.value+1 操作。若加1后S.valuew。，則表示在該信號量鏈表中，仍有等待該資源的進程被阻塞，因此應調(diào)用wakeu

7、p原語，將S.L鏈表中的第一個等待進程喚醒。22.試寫出相應的程序來描述圖2-17所示的前驅(qū)圖。a. Var a, b, c, d, e, f, g, h; semaphores 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0;beginparbeginbegin S1; signal(a); signal(b); end;begin wait(a); S2; signal(c); signal(d); end;begin wait(b); S3; signal(e); end;begin wait(c); S4; signal(f); end;begin wait(d); S5; signal

8、(g); end;begin wait(e); S6; signal(h); end;begin wait(f); wait(g); wait(h); S7; end;parendend23.在生產(chǎn)者一消費者問題中，如果缺少了 signal(full)或signal(empty),對執(zhí)行結(jié)果 將會有何影響？如果缺少了 signal(full),那么表明從第一個生產(chǎn)者進程開始就沒有對信號量full值改變，即使緩沖池存放的產(chǎn)品已滿了 ，但full的值還是0,這樣消費者進程在執(zhí)行wait(full)時會認為緩沖池是空的而取不到產(chǎn)品，那么消費者進程則會一直處于等待狀O如果缺少了 signal(empt

9、y),例如在生產(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empty=0 , full=n ,那么每當消費者進程取走一個產(chǎn)品時empty并沒有被改變，直到緩沖池中的產(chǎn)品都取走了，empty的值也一直是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)品會因申請不到空緩沖專業(yè)word可編輯區(qū)而被阻塞。24 .在生產(chǎn)者一消費者問題中，如果將兩個 wait操作即 wait(full)和wait(mutex) 互換位 置，或者將signal(mutex) 和signal(full) 互換位置，結(jié)果會如何？在生產(chǎn)者一消費者問題中，如果將兩個 wait操作，即wait(

10、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)的其他生產(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

11、 .我們?yōu)槟撑R界資源設置一把鎖W,當W=1時表示關鎖；當W=0時表示鎖已打開，試寫出開鎖和關鎖原語，并利用它們?nèi)崿F(xiàn)互斥。整型信號量 :lock(W): while W=1 do no-opW:=1;unlock(W): W:=0;記錄型信號量：lock(W): W:=W+1;if(W>1) then block(W.L)unlock(W): W:=W-1;if(W>0) then wakeup(W.L)例子:Var W:semaphore:=0 ;beginrepeatlock(W);critical sectionunlock(W);remainder sectionuntil

12、 false;end26 .試修改下面生產(chǎn)者一一消費者問題解法中的錯誤producer:beginrepeat produce an item in nextp;wait(mutex);wait(full);buffer(in):=nextp;until false;endconsumer:beginrepeatwait(mutex);wait(empty);signal(mutex);nextc:=buffer(out);consume item in nextc;out:=out+1;until false;signal(mutex);end27 .試利用記錄型信號量寫出一個不會出現(xiàn)死鎖的

13、哲學家進餐問題的算法。三種解決方法中的任意一種即可(略)。PPT6228 .在測量控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集任務時，把所采集的數(shù)據(jù)送往一單緩沖區(qū)；計算任務從該單緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)進行計算。試寫出利用信號量機制實現(xiàn)兩任務共享單緩沖區(qū)的同步算法。a. Var mutex, empty, full: semaphore:=1, 1,0;gather:beginrepeatcompute:gather data in nextp;wait(empty);wait(mutex);buffer:=nextp;signal(mutex);signal(full);until false;endb. Var empt

14、y, full: semaphore:=1,0;gather:beginrepeatwait(full);wait(mutex);nextc:=buffer;signal(mutex);signal(empty);compute data in nextc;until false;endbeginrepeatgather data in nextp;wait(empty);buffer:=nextp;signal(full);until false;endwait(full);nextc:=buffer;signal(empty);compute data in nextc;until fal

15、se;end31 .參考ppt76頁32 .參考ppt91 頁begin repeat專業(yè)word可編輯compute:33.試比較進程間的低級通信工具與高級通信工具用戶用低級通信工具實現(xiàn)進程通信很不方便，因為其效率低，通信對用戶不透明，所有的操作都必須由程序員來實現(xiàn)，而高級通信工具則可彌補這些缺陷，用戶可直接利用操作系統(tǒng)所提供的一組通信命令，高效地傳送大量的數(shù)據(jù)。36.為什么要在OS中引入線程？在OS中引入進程的目的，是為了使多個程序能并發(fā)執(zhí)行，以提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。在OS中再引入線程，則是為了減少程序在并發(fā)執(zhí)行時所付出的時空開 銷，使OS具有更好的并發(fā)性。38.試從調(diào)度性，并發(fā)性，擁有資源及系統(tǒng)開銷方面對進程和線程進行比較a.調(diào)度性。在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，擁有資源的基本單位和獨立調(diào)度 、分派的基本單位都是進程，在引入線程的OS中，則把線程作為調(diào)度和分派的基本單位，而把進程作為資源擁有的基本單位；b.并發(fā)性。在引入線程的 OS中，不僅進