操作系统第4章答案(上)

1 赵盈盈 2011210593 第四章作业上 1 解释名词 程序的顺序执行 程序的并发执行 答 程序的顺序执行 一个具有独立功能的程序独占 cpu 直到得到最终结果的进程 程序的并发执行 两个或两个以上程序在计算机系统中同时处于一开始执行且尚未结 束的状态 2 什么是进程 进程与程序的主要区别是什么 答 进程 进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动 进程是系统进 行资源分配和调度的独立单元 进程和程序的区别 程序是静态的 进程是动态的 进程有程序和数据两部分组成 进程具有生命周期 有诞生和消亡 是短暂的 而程序是相对长久的 进程能更真实的描述并发 而程序不行 一个进程可以对应多个程序 一个程序可以对应多个进程 进程可以创建其他进程 程序不能 3 图 1 所示 设一誊抄程序 将 f 中记录序列正确誊抄到 g 中 这一程序由 get copy put 三个程序段组成 它们分别负责获得记录 复制记录 输出记录 请指出 这三个程序段对 f 中的 m 个记录进行处理时各种操作的先后次序 并画出誊抄此记录序列 的先后次序图 假设 f 中有 1 2 m 个记录 s t 为设置在主存中的软件缓冲区 每 次只能装一个记录 图 1 改进后的誊抄过程 答 f s copy t put g get 2 GC G P C P G CP 4 进程有哪几种基本状态 试画出进程状态变迁图 并标明发生变迁的可能原因 答 进程基本状态 运行 就绪 等待 状态转换图 就绪到运行 调度程序选择一个新的进程运行 运行到就绪 运行进程用完了时间片 或运行进程被中断 因为一个高优先级的进程处于就绪状态 运行到等待 OS 尚未完成服务 或对一资源的访问尚不能进行 或初始化 I O 且必须等待结果 或等待某一进程提供输入 IPC 等待到就绪 当所有的事件发生时 5 什么是进程控制块 它有什么作用 答 PCB 为了便于系统控制和描述进程的活动过程 在操作系统核心中为进程定义的一个 专门的数据结构 作用 系统用 PCB 来控制和管理进程的调用 PCB 也是系统感知进程存在的唯一标志 运行 就绪等待 3 6 n 个并发进程共用一个公共变量 Q 写出用信号灯的 p v 操作实现 n 个进程互斥时的程 序描述 并说明信号灯值的取值范围 答 main pi int mutex 1 p mutex cobegin 执行进程 Pi for i 1 1 n i pi v mutex coend 对于 N 并发进程 互斥子信号灯取值范围为 n 1 1 Mutex 1 表示没有进程进入缓冲区 Mutex 0 表示有一个进程进入缓冲区 没有进程等待 Mutex 1 表示有一个进程进入缓冲区 一个进程等待 Mutex n 1 表示有一个进程进入缓冲区 n 1 个进程等待 7 我们用进程流图来描述一组合作进程执行的先后次序 试用信号灯的 p v 操作实现如 图 2 a b 中所示进程之间的同步 并写出程序描述 图 2 图 3 答 PV 操作实现 a 及程序实现 main int S2 0 S3 0 S4 0 P1 P2 P3 P4 S f P1 P2 S2 P3 S3 P4 S4 P5 S5 P6 S6 P7 S57 S67 S f S f P1 S1 P2 S2 P3 S3 P5 S35 S45 P4 S4 4 Cobegin P1 P2 P3 P4 执行 P1 P S2 P S3 P S4 Coend V S2 执行 P2 执行 P3 执行 P4 V S3 V S4 PV 操作实现 b 及程序实现 main int S5 0 S6 0 P5 P6 P7 int S57 0 S67 0 Cobegin P S5 P S6 P S57 P5 P6 P7 执行 P5 执行 P6 P S67 Coend V S57 V S67 执行 P7 8 如图 3 所示的进程流图中 有五个进程合作完成某一任务 试说明这五个进程之间的同 步关系 并用 p v 操作实现之 并要求写出程序描述 答 PV 操作实现及程序实现 Main P1 P2 int S1 0 S2 0 S3 0 S4 0 S35 0 S45 0 执行 P1 P S2 Cobegin V S2 执行 S2 P1 P2 P3 P4 P5 V S3 Coend V S4 P3 P4 P5 P S3 P S4 P 35 执行 P3 执行 P4 P 45 V 35 V 45 执行 P5 5 9 如图 4 所示 get copy put 三进程共用两个缓冲区 s t 其大小为每次存放一个记 录 get 进程负责不断地把输入记录送入缓冲区 s 中 copy 进程负责从缓冲区 s 中取出记 录复制到缓冲 t 中 而 put 进程负责把记录从缓冲区 t 中取出打印 试用 p v 操作实现这 三个进程之间的同步 并写出程序描述 图 4 答 PV 操作实现及程序实现 Main int S1 1 S2 0 S1 表示空缓冲区 s 个数 S2 表示缓冲区是否有内容可以被 copy int T1 1 T2 0 T1 表示空缓冲区 t 个数 T2 表示缓冲区是否有内容可以被 put Cobegin Get Copy Put Coend Get Copy while 1 while 1 P S1 检查 S 是否为空 P S2 检查 S 是否为满 put data to buffer S 补数据放入 S copy data from buffer S copy 数 据 V S2 S 已满 V S1 清空 S while P T1 检查 T 是否为空 Get put data to buffer T V T2 T 已满 Put while 1 P T2 检测 T 是否为满 缓冲区 s缓冲区 t getcopyput 6 Output data from buffer T 输出 T 中数据 V T1 清空缓冲区 T 10 什么是进程的互斥与同步 同步和互斥这两个概念有什么联系与区别 答 进程同步 是指进程之间一种直接的协同关系 是一些进程相互合作 共同完成一项 任务 进程剪得直接相互作用构成进程的同步 进程互斥 在系统中 许多进程需要共享资源 而这些资源往往要求排他性的使用 即一次只能为一个进程服务 因此 个进程间互斥使用这些资源 进程间的这种 关系叫做进程互斥 联系 进程互斥与同步是指在进程推进时的相互制约关系 在多道程序系统中 由于资源 共享与进程合作 这种进程间的制约成为可能 区别 进程同步主要源于进城合作 是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用 为 进城提供直接制约关系 在多道环境下 这种进程在执行次序上的协调是必不可 少的 而进程互斥 主要源于资源共享 是进程间的间接制约关系 在多道系统中 每 次只允许一个进程访问的资源成为临界资源 进程互斥就是保证每次只有一个进 程使用临界资源 11 在生产者一消费者问题中 我们设置三个信号灯 一个用于互斥的信号灯 mutex 其 初值为 1 另外两个信号灯是 full 初值为 0 用以指示缓冲区内是否有物品 和 empty 初值为 n 表示可利用的缓冲区数目 试写出此时的生产者一消费者问题的描述 答 该问题描述的是一个多个生产者 一个消费者 12 判断正是列同步算法是否有错 请指出错误原因并改正 1 三个进程并发活动的进程流图 5 所示 其同步算法描述如下 main 解 1 答 改正如下 int s 1 int S13 0 S23 0 cobegin p1 P1P2 P3 S f 7 p2 p3 coend p1 P1 v s V S13 p2 P2 p s V S23 p3 P3 P S13 p s P S23 2 设 a b 两进程共用一缓冲区 t a 向 t 写入信息 b 则从 t 读出信息 算法框图 如图 6 所示 3 设 a b 为两个并发进程 它们共享一临介资源 其执行临界区的算法框图如图 7 所示 向 t 写入信息 P S2 V S V S V S2 图 5 V S1 A 进程 P S1 从 t 读出信息 B 进程 P S CSa A 进程 P S csb B 进程 v s2 图 4 25 8 注 信号灯 s 的值为 0注 信号灯 s1 s2的值均为 0 图 6 图 7 答 解 2 A 进程与 B 进程之间是协同关系 A 进程往缓冲区写入信息之前要先判断 缓冲区是否为满 写入之后看声明缓 冲区数据可以被取走 B 进程从缓冲区取数据之前 先检测缓冲区是否已满 从 t 中读出信息之后要 声明缓冲区数据已被取走 Main int S1 1 S2 0 S1 缓冲区是否装满 S0 表示缓冲区内容是否陪取走 Cobegin A B Coend A B while 1 while 1 Input data to buffer T P S1 检验缓冲区是否为满 V S1 缓冲区是否已满 output data to buffer T P S2 缓冲区数据可以被取走 V S2 缓冲区数据被取走 while while A B 答 解 3 进程 A B 之间为互斥关系 用一个信号灯就够了 改正如图 A B 只需进入临界区之前检测临界区是否为空 出来之后声明临界区可用即可 图可以表现为 13 试说明进程创建的主要功能是什么 答 1 为新建进程创建 PCB 2 赋予一个统一进程标识符 3 为进程映像分配空间 4 初始化进程控制块 9 5 设置相应的链接 将新建进程设置为就绪状态 把 PCB 排入就绪队列 中 14 用于进程控制的原语主要有哪几个 答 用于进程控制的原语主要有 创建原语 撤销原语 阻塞原语 唤醒原语 15 什么是线程 线程与进程有什么区别 答 线程是进程中的一个实体 是 cpu 调度和分派的基本单位 区别 1 调度 线程是调度和分配的基本单位 进程是资源拥有的基本单位 在同一个进程中线 程的切换不会引起进程的切换 在一个进程中线程切换到另一个进程中是会引起进 程的切换 2 并发性 引入线程的 OS 中 不仅进程之间可以并发执行 而且一个进程的多个线程也可 以并发执行 因而是 OS 有更好的并发性 从而能更有效地使用系统资源提高系统 吞吐率 3 拥有资源 进