操作系統(tǒng)答案4

1、6.16管程的 signal 操作和信號量的 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 等待線程時(shí)，那么系統(tǒng)會忽略 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)的線程就會被阻塞。然后在信號量中，即使沒有 等待線程，每個(gè) signal 操作都會是相應(yīng)的信號量值增加。接下來的等待操作因?yàn)?之前的信號量值的增加而馬上成功進(jìn)行。6.17假設(shè) signal 語句只能作為一個(gè)管程中的最后一條語句出現(xiàn)，可以怎樣簡化6.7 節(jié)所描述的實(shí)現(xiàn)？如果 signal 語句作為最后一條語句出

2、現(xiàn)，那么鎖會使發(fā)出信號的進(jìn)程轉(zhuǎn)化成 接受信號的進(jìn)程。否則，發(fā)出信號的進(jìn)程將解鎖，并且接受信號的進(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 變成真用這種方法寫一個(gè)管程實(shí)現(xiàn)讀者 作者問題。解釋為什么一般來說這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的效率不高。要使這種實(shí)現(xiàn)達(dá)到高效率需要對 await 語句加上哪些限制？(提示，限制 B 的 一般性，參見 Kessels1977 ) .讀者 作者問題可以進(jìn)行以下修改，修改中產(chǎn)生了 await 聲明：讀者可以執(zhí)行 “await(act

3、ive writers = 0 && waiting writers = 0) 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“ await(active writers = 0 && activereaders = 0) 來確”?；コ?。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）。在這種情況下，布爾 條件可以傳達(dá)給運(yùn)行時(shí)

4、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 Windows 2000 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)程不會放棄此處理器，其他進(jìn) 程就無法設(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，從而修改程序狀態(tài)從自旋鎖中釋放第

5、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 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)度為是沖突可 串行化。這兩階段加

6、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，不釋放任何鎖在獲?。ㄔ鲩L）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)單一的資源型必須加以管理。進(jìn)程需要一定 數(shù)

7、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)用程序的申請被剝奪了。只有當(dāng)現(xiàn)有的許可證持有人終止申請并 切許可證已經(jīng)返還，那么這種申請將被授予.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：#define MAX RESOURCES 5int available resources = MAX RESOURCES;When a process wishes to obtai

8、n a number of resources, it invokesthe decrease count（）function:/* decrease available resources by count resources */* return 0 if sufficient resources available, */* otherwise return -1 */int decrease count(int count) if (available resources < count)return -1;else available resources -= count;re

9、turn 0;When a process wants to return a number of resources, it calls the decrease count()function:/* increase available resources by count */int increase count(int count) available resources += count;return 0; 前面的程序段將會產(chǎn)生一個(gè)競爭的條件。如下：確定數(shù)據(jù)參與競爭當(dāng)競爭的條件發(fā)生時(shí)，確定代碼段的位置(或是區(qū)域)利用 Java 同步，確定競爭的條件，同時(shí)修改 decrease Cou

10、nt ( )以使一個(gè) 線程在沒有足夠的現(xiàn)有的資源下阻塞。確定數(shù)據(jù)參與競爭：可以利用的變量資源當(dāng)競爭的條件發(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爭的條件。使用信號量，確定競爭條件 :使用信號量表示當(dāng)前可用資源變量，并且用信 號量遞增和信號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。 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。 給出一個(gè)簡單的規(guī)則用來在這個(gè)系統(tǒng)中避免死鎖。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)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

11、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)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。一個(gè)簡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

12、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)家了占有了很長一段時(shí)間 4 ）實(shí)施編號筷子，總是獲得較低編 號的筷子，之后才能獲得較高的編號的筷子。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象 A? E ，那么就可能發(fā)生死鎖。（這 種同步對象可能包括互斥體，信號量，條件變量等） ，我們可以通過增加第 六個(gè)對象來防止死鎖。每當(dāng)一個(gè)線程希

13、望獲得同步鎖定給對象A? ? ?E ，它必須首先獲得對象 F 的鎖 .該解決方案被稱為遏制：對象 A? ? ?E 的鎖內(nèi)載對象 F 的鎖。對比此方案的循環(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)定義死鎖政策會更好。7.4對下列問題對比循環(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

14、機(jī)系統(tǒng)中，可用的資源和進(jìn)程命令對資源的要求都不會持 續(xù)很久是一致的長期（幾個(gè)月）。資源會損壞或被替換，新的進(jìn)程會進(jìn)入和離開 系統(tǒng)，新的資源會被購買和添加到系統(tǒng)中。如果用銀行家算法控制死鎖，下 面哪些變化是安全的（不會導(dǎo)致可能的死鎖） ，并且在什么情況下發(fā)生？增加可用資源（新的資源被添加到系統(tǒng)）減少可用資源（資源被從系統(tǒng)中永久性地移出）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）減少一個(gè)進(jìn)程的 Max （進(jìn)程不再需要那么多資源）增加進(jìn)程的數(shù)量減少進(jìn)程的數(shù)量增加可用資源（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 下安全地改變減少可用資源（資源被從系統(tǒng)中永久性地移出）：這可能會影響到系統(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 可能會影響到系統(tǒng)，并可能導(dǎo)致死鎖減少一個(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