计算机操作系统(第三版)第二章复习课件

1、第二章进 程 管 理 进程 基本概念 引入 状态 前趋图 进程控制 进程同步 进程通信 同步与互斥 临界资源和临界区 同步机制四规则 同步方法 信号量管程 类别经典同步问题 线程 线程同步与控制用户级与内核级 基本概念 区 别 区别 消息管道 共享存储器 8. 临界资源：也称独占资源，是指在一段时间内只允许一个临界资源：也称独占资源，是指在一段时间内只允许一个 进程访问的资源。进程访问的资源。 线程的定义存在多种不同的提法。这些提法可以相互补线程的定义存在多种不同的提法。这些提法可以相互补 充对线程的理解：充对线程的理解： 线程是进程内的一个执行单元，比进程小。线程是进程内的一个执行单元，比进

2、程小。 线程是进程内的一个可调度实体。线程是进程内的一个可调度实体。 线程是程序或进程中相对独立的一个控制流序列。线程是程序或进程中相对独立的一个控制流序列。 线程本身不能单独运行，只能包含在进程中，只能在进程中线程本身不能单独运行，只能包含在进程中，只能在进程中 执行。执行。 系统开销：由于创建进程进程时，系统都要为之分配或系统开销：由于创建进程进程时，系统都要为之分配或 回收资源，如内存空间、回收资源，如内存空间、IO设备等，操作系统所付出的开销设备等，操作系统所付出的开销 远大于创建或撤销线程时的开销。远大于创建或撤销线程时的开销。 15. 经典进程的同步问题经典进程的同步问题 : 生产

3、者生产者消费者问题消费者问题 读者读者-写者问题写者问题 哲学家进餐问题哲学家进餐问题 关于关于PV问题的解题思路：主要是看进程等的信号和要发问题的解题思路：主要是看进程等的信号和要发 出的信号是什么，等信号用出的信号是什么，等信号用P/wait，发信号用，发信号用V/signal。 主要步骤是：主要步骤是： 分析清楚题目涉及的进程和它们之间的制约关系（同步或分析清楚题目涉及的进程和它们之间的制约关系（同步或 互斥）。互斥）。 设置信号是（包括信号量的个数和初值及其物理含义），设置信号是（包括信号量的个数和初值及其物理含义）， 合作进程间需要收发几条消息相应就设置几个信号量。合作进程间需要收发

4、几条消息相应就设置几个信号量。 给出进程相应程序的算法描述或流程控制，并把给出进程相应程序的算法描述或流程控制，并把P/wait、 V/signal操作加到程序的适当地方。操作加到程序的适当地方。 某一进程若收不到另一进程给它提供的必要信息就不能继 续下去，这种情况表明了两个进程之间在某些点上要交换信息， 相互交流运行情况。这种制约关系称为同步关系，基本形式是 “进程进程”。 这种制约关系主要源于进程间的合作，同步设置在不同进 程之间以达到多种进程间的同步 若某一进程要求使用某种资源，而该资源被另一进程使用。 并且这一资源不允许两个进程同时使用，那么该等待已占用资 源释放资源后再使用，这种制约

5、关系称为互斥，基本形式为 “进程资源进程。” 这种制约关系源于多个同种进程需要互斥地共享某种系统 资源，互斥是设置在同种进程之间以达到互斥地访问资源的目 的。 信号量及P、V操作讨论 1) 信号量的物理含义 S0表示有S个资源可用 S=0表示无资源可用 S0则| S |表示S阻塞（等待）队列中的进程个数 Wait（S）或）或P(S)：表示申请一个资源表示申请一个资源、或等消息、或等消息 signal （S）或）或V(S)：表示释放一个资源表示释放一个资源、或发消息、或发消息 信号量的初值应该大于等于信号量的初值应该大于等于0 信号量及 Wait 或或P、 signal 或或V操作讨论 2) W

6、ait / signal 或或P/V操作应该成对出现，有一个 Wait 或或P操作 就一定有一个 signal 或或V操作 当为互斥操作时，它们同处于同类进程 当为同步操作时，则在不同类进程中出现 如果 Wait(S1)或 P(S1)和 Wait(S2)或 P(S2) 两个操作在一起， 那么 Wait或或 P操作的顺序至关重要,一个同步 Wait或或 P操作与 一个互斥 Wait或或 P操作在一起时同步 Wait或或 P操作在互斥 Wait或或 P操作前，而两个 signal或或 V操作无关紧要. 信号量及 Wait 或或P、 signal 或或V操作讨论 一、填空题 (1)从静态角度上看，进

7、程是由_、_、_三 部分组成。 (2)正在执行的进程由于用完其时间片而被暂停执行，此时进 程应从执行状态变成为_。 (3)临界区是指进程中用于_的那段代码。 (4)设有6个进程共享同一互斥段，若最多允许有3个进程进入 互斥段，则所采用的互斥信号量的初值为_。 (9)有3个进程共享同一程序段，而每次最多允许两个进程进 入该程序段，若用P、V操作作同步机制，则信号量S的取值 范围为_。 PCB程序段 数据段 就绪状态 访问临界资源 3 2, 1, 0, -1 1、若信号量S的初值为2，当前值为-1，则表示有（ ）等 待进程。 A、0个 B、1个 C、2个 D、3个 2、分配到必要的资源并获得处理机

8、时的进程状态是分配到必要的资源并获得处理机时的进程状态是 ( ) 。 A、就绪状态、就绪状态 B、执行状态、执行状态 C、阻塞状态、阻塞状态 D、撤销状态、撤销状态 3 3、在进程状态转换时，下列（、在进程状态转换时，下列（ ）转换是不可能发生的。）转换是不可能发生的。 A A、就绪态、就绪态运行态运行态 B B、运行态、运行态就绪态就绪态 C C、运行态、运行态阻塞态阻塞态 D D、阻塞态、阻塞态运行态运行态 4 在一个单处理机系统中，若有个用户进程，在非管态的在一个单处理机系统中，若有个用户进程，在非管态的 某一时刻，处于就绪某一时刻，处于就绪 状态的用户进程最多有（）个。状态的用户进程最

9、多有（）个。 A. 5 B. 6 C. 1 D. 4 B B D A 5.wait5.wait操作可能导致：操作可能导致：( )( )。 A.A. 进程就绪进程就绪 B.B. 进程结束进程结束 C.C. 进程阻塞进程阻塞 D.D. 新进程创建新进程创建 C 6.( ) 是一种只能进行是一种只能进行wait 操作和操作和 signal 操作的特殊变量。操作的特殊变量。 A、调度、调度 B、进程、进程 C、同步、同步 D、信号量、信号量 1.PCB（进程控制块）是标志进程存在的数据结构。（进程控制块）是标志进程存在的数据结构。（ ） 2.操作系统中进程是一个独立运行的单位，是系统进行资源操作系统中

10、进程是一个独立运行的单位，是系统进行资源 分配和调度的基本单位（分配和调度的基本单位（ ） 3.创建线程比创建进程开销小。（创建线程比创建进程开销小。（ ） 4. 进程存在的唯一标志是它是否处于运行状态。（进程存在的唯一标志是它是否处于运行状态。（ ） 5. 在操作系统中引入线程概念的主要目的是处理进程与进程在操作系统中引入线程概念的主要目的是处理进程与进程 之间的竞争（之间的竞争（ ）. D T T T F F 1.进程控制块的作用是什么？进程控制块的作用是什么？PCB中应包括哪些信息？中应包括哪些信息？ 答：答： 进程控制块的作用是：进程控制块用于保存每个进程和进程控制块的作用是：进程控制

11、块用于保存每个进程和 资源的相关信息，以便于操作系统管理和控制进程和资源。资源的相关信息，以便于操作系统管理和控制进程和资源。 PCB中应包括：中应包括：1、进程标识信息：本进程的标识、父进程、进程标识信息：本进程的标识、父进程 的标识、进程所属用户的标识。的标识、进程所属用户的标识。2、处理机状态信息。保存进、处理机状态信息。保存进 程的运行现场信息，包括用户可用寄存器的信息；控制和状程的运行现场信息，包括用户可用寄存器的信息；控制和状 态寄存器的信息；栈指针。态寄存器的信息；栈指针。 2. 请画图说明进程三种基本状态之间的转换，并指出转换原因。请画图说明进程三种基本状态之间的转换，并指出转

12、换原因。 3. 何谓临界资源？何谓临界资源？ 答：临界资源：也称独占资源，是指在一段时间内只允许一答：临界资源：也称独占资源，是指在一段时间内只允许一 个进程访问的资源。例如打印机，也可以是进程共享的数据、个进程访问的资源。例如打印机，也可以是进程共享的数据、 变量等。变量等。 4.什么是临界区？什么是临界区？ 答：每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区。每答：每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区。每 次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进 入入。 5、简述进程同步与互斥的概念与区别。、简述进程同步与互斥的概念与区别。 所

13、谓进程同步是指多个相互合作的进程，在一些关键点上所谓进程同步是指多个相互合作的进程，在一些关键点上 可能需要互相等待或互相交换信息，这种相互制约关系称为进可能需要互相等待或互相交换信息，这种相互制约关系称为进 程同步。程同步。 在操作系统中，当一个进程进入临界区使用临界资源时，在操作系统中，当一个进程进入临界区使用临界资源时， 另一个进程必须等待，当占用临界资源的进程退出临界区后，另一个进程必须等待，当占用临界资源的进程退出临界区后， 另一个进程才允许去访问此临界资源，称进程之间的这种相互另一个进程才允许去访问此临界资源，称进程之间的这种相互 制约关系为进程互斥。制约关系为进程互斥。 其实互斥

14、是进程同步的一种特殊情况，互斥也是为了达其实互斥是进程同步的一种特殊情况，互斥也是为了达 到让进程之间协调推进的目的。到让进程之间协调推进的目的。 应用题应用题 1.购物问题。某超级市场，可容纳购物问题。某超级市场，可容纳100个人同时购物，个人同时购物， 入口处备有篮子，每个购物者可持一个篮子入内购入口处备有篮子，每个购物者可持一个篮子入内购 物。出口处结账，并归还篮子（出、入口仅容纳一物。出口处结账，并归还篮子（出、入口仅容纳一 人通过）。请用人通过）。请用 wait（P）、）、signal（V）操作完成）操作完成 购物算法。购物算法。 答：答： 同步信号量同步信号量S 表示同时在超级市场

15、购物的人数；表示同时在超级市场购物的人数； 信号量信号量mutex1 表示入口临界资源；表示入口临界资源； 信号量信号量mutex2 表示出口临界资源。表示出口临界资源。 只要只要S=100,顾客便可进入超级市场。顾客便可进入超级市场。S=100 mutex1/ mutex2的初始值为的初始值为1 Var S, mutex1, mutex2: semaphore; S:=100; mutex1:=1; mutex2:=1 process Pi: begin wait(S); wait(mutex1); 进入口处，取一只篮子；进入口处，取一只篮子； signal(mutex1); 选购商品选购商

16、品; wait(mutex2); 结账，并归还篮子；结账，并归还篮子； signal(mutex2); signal(S); end 2、某处有一东、西向单行道，其上班交通并不繁忙。试用某处有一东、西向单行道，其上班交通并不繁忙。试用 wait和和signal操作正确实现该东、西向单行道的管理：当有车操作正确实现该东、西向单行道的管理：当有车 由东向西（或由西向东）行驶时，另一方向的车需要等待；由东向西（或由西向东）行驶时，另一方向的车需要等待； 同一方向的车可连续通过；当某一方向已无车辆在单行道行同一方向的车可连续通过；当某一方向已无车辆在单行道行 驶时，则另一方向的车可以驶入单行道（要求写

17、出信号量含驶时，则另一方向的车可以驶入单行道（要求写出信号量含 义和程序描述义和程序描述 ）。）。 解：单车道意味着双向车流必须互斥地通过桥。解：单车道意味着双向车流必须互斥地通过桥。 设置信号量设置信号量mutex控制双向车流对桥的互斥使用。初值控制双向车流对桥的互斥使用。初值 mutex=1。 定义两个计数器定义两个计数器C1和和C2，分别记录由东向西行的车辆数，分别记录由东向西行的车辆数 和由西向东行的车辆数。和由西向东行的车辆数。 设置信号量设置信号量S1控制计数器控制计数器C1的互斥使用。初值的互斥使用。初值S1=1。 设置信号量设置信号量S2控制计数器控制计数器C2的互斥使用。初值

18、的互斥使用。初值S2=1。 Semaphore： S1=1, S2=1, mutex=1; int: C1 =0; C2 = 0; cobegin 由东向西行的车辆：由东向西行的车辆： begin wait (S1); C1 = C1+1; if ( Cl = = l ) then wait (mutex); signal ( S1 ); 过桥过桥; wait (S1); C1 = C1-1; if ( C1 = = 0) then signal ( mutex ); signal (S1); end 由西向东行的车辆：由西向东行的车辆： begin wait (S2); C2 = C2+1; if ( C2 = = l ) then wait