【文章內(nèi)容簡介】 并將_執(zhí)行狀態(tài)賦予該進(jìn)程。 3 利用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的_互斥與同步_，應(yīng)為臨界區(qū)設(shè)置一個(gè)信號(hào)量MUTEX，其初值為1，表示該資源尚未使用，臨界區(qū)應(yīng)置于_P(mutex)_和____V(mutex)____原語之間。 3 操作系統(tǒng)中信號(hào)量的值與_相應(yīng)資源_的使用情況有關(guān)，它的值僅能由_P、V操作_來改變。 3 _PV操作_能夠?qū)崿F(xiàn)臨界區(qū)的管理要求。3 PV操作由___P操作__和__V操作__組成，是對(duì)__資源__進(jìn)行操作。3 P操作信號(hào)的值__S：=S1__，若結(jié)果小于0，則該進(jìn)程值為__等待__狀態(tài)。V操作將信號(hào)量的值__ S：=S+1___，若結(jié)果_ 大于0__，則釋放一個(gè)等待信號(hào)量的進(jìn)程。 當(dāng)并發(fā)進(jìn)程存在競爭關(guān)系時(shí)必須 排它 地使用資源；當(dāng)并發(fā)進(jìn)程存在協(xié)作關(guān)系時(shí)必須_共享資源_。分別稱為__進(jìn)程的互斥__和_進(jìn)程的同步_。4 __互斥__是指當(dāng)有若干個(gè)進(jìn)程都要使用某一共享資源時(shí)，任何時(shí)刻最多只允許___一_____個(gè)進(jìn)程去使用，其他要只用該資料的進(jìn)程必須_等待_，直到占用資源者_(dá)_釋放_(tái)_該資源。4 進(jìn)程的同步是指并發(fā)進(jìn)程之間的一種__直接的協(xié)同工作__關(guān)系，一個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行依賴另一個(gè)進(jìn)程的__信息或信號(hào)___，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程沒有得到它時(shí)應(yīng)__等待__，直到被___喚醒_____。4 進(jìn)程的同步和互斥反映了進(jìn)程間__同步__和__互斥__的關(guān)系。 4 用PV操作是實(shí)現(xiàn)___同步__ 和__互斥__的有效工具，但若使用不當(dāng)則不僅__會(huì)出現(xiàn)與時(shí)間相關(guān)的錯(cuò)誤__而且會(huì)___產(chǎn)生死鎖____。4 并發(fā)進(jìn)程之間通過___信號(hào)量_____交換的是少量的信息，這是一種_低級(jí)_通信方式；而大量信息的傳遞要__消息傳遞__來實(shí)現(xiàn)，這是一種__高級(jí)__的通信方式，稱為___消息傳遞機(jī)制___。4 實(shí)際上，_進(jìn)程互斥_是進(jìn)程同步的一種特例。4 目前常用的高級(jí)通信方式有共享存儲(chǔ)器、_消息傳遞通信機(jī)制_、管道通信_(tái)等。4 形成死鎖的起因是_競爭資源_和_進(jìn)程間推進(jìn)順序非法_。4 避免死鎖的一個(gè)著名的算法是__銀行家算法___。50、 死鎖產(chǎn)生的四個(gè)必要條件是__互斥條件_、_請(qǐng)求和保持條件、_不剝奪條件_和_循環(huán)等待條件_四種。 5 檢測死鎖后可采用剝奪進(jìn)程占有的資源、_進(jìn)程回退_、__進(jìn)程撤銷_和_系統(tǒng)重啟_等辦法來解除死鎖。5 在實(shí)際使用中，為了操作系統(tǒng)的安全和可靠，往往采用死鎖的__預(yù)防__、___避免_____和____檢測與解除____的混合策略，這樣既可保證整個(gè)系統(tǒng)不出現(xiàn)死鎖，又可以盡可能地提高資源利用率。5 通常，線程的定義是__是進(jìn)程中執(zhí)行運(yùn)算的最小單位__。在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，資源的分配單位是_進(jìn)程_，而處理機(jī)的調(diào)度單位是__線程__，一個(gè)進(jìn)程可以有___多個(gè)___線程。 5 利用優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度時(shí)，即從就緒隊(duì)列中選擇優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程有兩種不同的處理方式： 非搶占式優(yōu)先權(quán)算法 和 搶占式優(yōu)先權(quán)算法 。四、簡答題 什么是進(jìn)程？它與程序相比有哪些特征？答：進(jìn)程是一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動(dòng)。它是操作系統(tǒng)動(dòng)態(tài)執(zhí)行的基本單元，在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，進(jìn)程既是基本的分配單元，也是基本的執(zhí)行單元。 進(jìn)程與程序的主要區(qū)別：（1）程序是永存的；進(jìn)程是暫時(shí)的，是程序在數(shù)據(jù)集上的一次執(zhí)行，有創(chuàng)建有撤銷，存在是暫時(shí)的；（2）程序是靜態(tài)的觀念，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的觀念；（3）進(jìn)程具有并發(fā)性，而程序沒有；（4）進(jìn)程是競爭計(jì)算機(jī)資源的基本單位，程序不是。（5）進(jìn)程和程序不是一一對(duì)應(yīng)的： 一個(gè)程序可對(duì)應(yīng)多個(gè)進(jìn)程即多個(gè)進(jìn)程可執(zhí)行同一程序； 一個(gè)進(jìn)程可以執(zhí)行一個(gè)或幾個(gè)程序 一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)的調(diào)度原則是什么？答：進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)的調(diào)度原則是：①如果有若干進(jìn)程要求進(jìn)入空閑的臨界區(qū)，一次僅允許一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入。②任何時(shí)候，處于臨界區(qū)內(nèi)的進(jìn)程不可多于一個(gè)。如已有進(jìn)程進(jìn)入自己的臨界區(qū)，則其它所有試圖進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程必須等待。③進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程要在有限時(shí)間內(nèi)退出，以便其它進(jìn)程能及時(shí)進(jìn)入自己的臨界區(qū)。④如果進(jìn)程不能進(jìn)入自己的臨界區(qū)，則應(yīng)讓出CPU，避免進(jìn)程出現(xiàn)“忙等”現(xiàn)象。 在一個(gè)單CPU的多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，若在某一時(shí)刻有N個(gè)進(jìn)程同時(shí)存在，那么處于運(yùn)行態(tài)、等待態(tài)和就緒態(tài)進(jìn)程的最小和最大值分別可能是多少？答：狀態(tài) 最大值 最小值 運(yùn)行態(tài) 1 1 等待態(tài) N1 0 就緒態(tài) N1 0 為什么并發(fā)進(jìn)程執(zhí)行時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤，如何避免？答：由于進(jìn)程運(yùn)行時(shí)會(huì)隨時(shí)被中斷（包括時(shí)間片到、申請(qǐng)資源等），不僅斷點(diǎn)不固定，而且中斷多長時(shí)間也不固定，即進(jìn)程是走走停停且它向前推進(jìn)的相對(duì)速度無法由自身控制。有交往的并發(fā)進(jìn)程可能會(huì)同時(shí)使用共享資源，如果對(duì)這種情況不加控制，由于進(jìn)程占用處理器的時(shí)間、執(zhí)行的速度和外界的影響等，就會(huì)引起與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤。只要使若干并發(fā)進(jìn)程的相關(guān)臨界區(qū)互斥執(zhí)行，就可避免造成這類錯(cuò)誤。 什么是PV操作，它有什么作用？答：PV操作能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)臨界區(qū)的管理要求。它由P操作原語和V操作原語組成，對(duì)信號(hào)量進(jìn)行操作，具體定義如下： P（S）：①將信號(hào)量S的值減1，即S=S1； ②如果S179。0，則該進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；否則該進(jìn)程置為等待狀態(tài)，排入等待隊(duì)列。 V（S）：①將信號(hào)量S的值加1，即S=S+1； ②如果S0，則該進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；否則釋放隊(duì)列中第一個(gè)等待信號(hào)量的進(jìn)程。 假設(shè)PV操作用信號(hào)量管理某個(gè)共享資源，請(qǐng)問當(dāng)S0，S=0和S0時(shí)，它們的物理意義是什么？答：一般來說，信號(hào)量S179。0時(shí)，S表示可用資源的數(shù)量。執(zhí)行一次P操作意味著請(qǐng)求分配一個(gè)單位資源，因此S的值減1；當(dāng)S0時(shí)，表示已經(jīng)沒有可用資源，請(qǐng)求者必須等待別的進(jìn)程釋放該類資源，它才能運(yùn)行下去。而執(zhí)行一個(gè)V操作意味著釋放一個(gè)單位資源，因此S的值加1；若S163。0，表示有某些進(jìn)程正在等待該資源，因此要喚醒一個(gè)等待狀態(tài)的進(jìn)程，使之運(yùn)行下去。 什么是死鎖？死鎖的四個(gè)必要條件是什么？答：死鎖是兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程中的每一個(gè)都在等待其中另一個(gè)進(jìn)程釋放資源而被封鎖，它們都無法向前推進(jìn)，稱這種現(xiàn)象為死鎖現(xiàn)象。產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件是資源互斥使用、保持和等待、非剝奪性、循環(huán)等待。 操作系統(tǒng)為什么要引入進(jìn)程？進(jìn)程與程序的關(guān)系是怎樣的？答：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中程序并發(fā)執(zhí)行和資源共享的需要，使得系統(tǒng)的工作情況變得非常復(fù)雜，而程序作為機(jī)器指令集合，這一靜態(tài)概念已經(jīng)不能如實(shí)反映程序并發(fā)執(zhí)行過程的動(dòng)態(tài)性，因此，引入進(jìn)程的概念來描述程序的動(dòng)態(tài)執(zhí)行過程。這對(duì)于我們理解、描述和設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)具有重要意義。進(jìn)程定義為程序在并發(fā)環(huán)境中的執(zhí)行過程，它與程序是完全不同的概念。主要區(qū)別是：（1）程序是靜態(tài)概念，是永久性軟件資源；而進(jìn)程是動(dòng)態(tài)概念，是動(dòng)態(tài)生亡的暫存性資源。（2）進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的單位，能與其他進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，系統(tǒng)是以進(jìn)程為單位分配CPU的；而程序則不能作為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行單位。（3）程序和進(jìn)程沒有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。一個(gè)程序在工作時(shí)可以由多個(gè)進(jìn)程工作，一個(gè)進(jìn)程在工作時(shí)至少對(duì)應(yīng)有一個(gè)程序。（4）各個(gè)進(jìn)程在并發(fā)執(zhí)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生制約關(guān)系，使各自推進(jìn)的速度不可預(yù)測；而程序作為靜態(tài)概念，不存在這種異步特征。 進(jìn)程和程序關(guān)系類似生活中的炒菜與菜譜。菜譜相同，而各人炒出來的菜的味道卻差別很大。原因是菜譜基本上是一種靜態(tài)描述，它不可能把所有執(zhí)行的動(dòng)態(tài)過程中，涉及的時(shí)空、環(huán)境等因素一一用指令描述清楚。如何理解進(jìn)程的順序性與并發(fā)性？答：進(jìn)程的順序性與并發(fā)性： 順序性 順序性包括兩層含義：（1）內(nèi)部順序性，對(duì)于一個(gè)進(jìn)程來說，它的所有指令是按序執(zhí)行的；（2）外部順序性，對(duì)于多個(gè)進(jìn)程來說，所有進(jìn)程是依次執(zhí)行的。 例如，假如有P1和P2兩個(gè)進(jìn)程，其活動(dòng)分別為： P1活動(dòng)：A1 A2 A3 A4 P2活動(dòng)：B1 B2 B3 B4 順序執(zhí)行時(shí)，有如下兩種情形： 情形1：A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 情形2：B1 B2 B3 B4 A1 A2 A3 A4 并發(fā)性 并發(fā)性包括如下兩層含義：（1）內(nèi)部順序性，對(duì)于一個(gè)進(jìn)程來說，它的所有指令是按序執(zhí)行的；（2）外部并發(fā)性，對(duì)于多個(gè)進(jìn)程來說，所有進(jìn)程是交叉執(zhí)行的。 例如，對(duì)于上面P1和P2兩個(gè)進(jìn)程來說，并發(fā)執(zhí)行有許多情形，如： 情形1：A1 B1 B2 A2 A3 B3 A4 B4 情形2：B1 B2 A1 A2 A3 B3 B4 A4 并發(fā)進(jìn)程在其執(zhí)行過程中，出現(xiàn)哪種交叉情形是不可預(yù)知的，這就是并發(fā)進(jìn)程的不確定性，操作系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)保證：無論出現(xiàn)何種交叉情形，每個(gè)進(jìn)程運(yùn)行的結(jié)果都應(yīng)當(dāng)是唯一的，正確的。 什么是進(jìn)程的同步與互斥？答：進(jìn)程的同步與互斥是指進(jìn)程在推進(jìn)時(shí)的相互制約關(guān)系。在多道程序系統(tǒng)中，由于進(jìn)程合作與資源共享，這種進(jìn)程間的制約稱為可能。我們把前者稱為進(jìn)程同步，后者稱為進(jìn)程互斥。 進(jìn)程同步是進(jìn)程間共同完成一項(xiàng)任務(wù)時(shí)直接發(fā)生相互作用的關(guān)系。為進(jìn)程之間的直接制約關(guān)系。在多道環(huán)境下，這種進(jìn)程間在執(zhí)行次序上的協(xié)調(diào)是必不可少的。同步進(jìn)程之間的關(guān)系如同接力賽跑中的運(yùn)動(dòng)員，或生產(chǎn)流水線的每一道工序。 進(jìn)程互斥是進(jìn)程之間的間接制約關(guān)系。在多道系統(tǒng)中，每次只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源稱為臨界資源，進(jìn)程互斥就是保證每次只有一個(gè)進(jìn)程使用臨界資源。互斥進(jìn)程之間的關(guān)系如同汽車在交叉路口爭用車道，籃球比賽中雙方爭搶籃板球。1什么叫原語？答：在操作系統(tǒng)中，往往設(shè)計(jì)一些完成特定功能的、不可中斷的過程，這些不可中斷的過程稱為原語。如P、V操作原語。1什么是線程？它與進(jìn)程有什么關(guān)系？答：線程是進(jìn)程中執(zhí)行運(yùn)算的最小單位，即處理機(jī)調(diào)度的基本單位。它與進(jìn)程的關(guān)系是：一個(gè)線程只能屬于一個(gè)進(jìn)程，而一個(gè)進(jìn)程可以有多個(gè)線程；資源分配給進(jìn)程，同一進(jìn)程的所有線程共享該進(jìn)程的所有資源；處理機(jī)分給線程，即真正在處理機(jī)上運(yùn)行的是線程；線程在運(yùn)行過程中，需要協(xié)作同步，不同進(jìn)程的線程間要利用消息通信的辦法實(shí)現(xiàn)同步。特別注意的是：傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中的進(jìn)程概念與現(xiàn)代操作系統(tǒng)中的進(jìn)程概念不同——簡單說，傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中進(jìn)程具有分配資源、調(diào)度運(yùn)行兩大功能，而現(xiàn)代操作系統(tǒng)中進(jìn)程只作為分配資源單位，線程才作為調(diào)度運(yùn)行單位。1試以生產(chǎn)者—消費(fèi)者問題說明進(jìn)程同步問題的實(shí)質(zhì)。答：一個(gè)生產(chǎn)者，一個(gè)消費(fèi)者和一個(gè)產(chǎn)品之間關(guān)系是典型的進(jìn)程同步問題。設(shè)信號(hào)量S為倉庫內(nèi)產(chǎn)品，PV操作配對(duì)進(jìn)行缺一不可。生產(chǎn)者進(jìn)程將產(chǎn)品放入倉庫后通知消費(fèi)者可用；消費(fèi)者進(jìn)程在得知倉庫有產(chǎn)品時(shí)取走，然后告訴生產(chǎn)者可繼續(xù)生產(chǎn)。1用PV操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步與互斥應(yīng)該注意什么？答：用PV操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步與互斥，應(yīng)該注意以下四個(gè)方面：⑴ 對(duì)每一個(gè)共享資源都要設(shè)立信號(hào)量?；コ鈺r(shí)對(duì)一個(gè)共享資源設(shè)立一個(gè)信號(hào)量；同步時(shí)對(duì)一個(gè)共享資源可能要設(shè)立兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)量，要視由幾個(gè)進(jìn)程來使用該共享變量而定；⑵ 互斥時(shí)信號(hào)量的初值一般為1；同步時(shí)至少有一個(gè)信號(hào)量的初值大于等于1；⑶ PV操作一定要成對(duì)調(diào)用。互斥時(shí)在臨界區(qū)前后對(duì)同一信號(hào)量作PV操作；同步時(shí)則對(duì)不同的信號(hào)量作PV操作，PV操作的位置一定要正確。⑷ 對(duì)互斥和同步混合問題，PV操作可能會(huì)嵌套，一般同步的PV操作在外，互斥的PV操作在內(nèi)。五、綜合題2143執(zhí)行態(tài)就緒態(tài)等待態(tài)某系統(tǒng)的進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下圖所示，請(qǐng)回答：⑴ 引起各種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的典型事件有哪些？答：1，就緒→運(yùn)行：CPU空閑，就緒態(tài)進(jìn)程被調(diào)度程序選中。 2，運(yùn)行→就緒：正在運(yùn)行的進(jìn)程用完了本次分配給它的CPU時(shí)間片。 3，運(yùn)行→阻塞：運(yùn)行態(tài)進(jìn)程因某種條件未滿足而放棄對(duì)CPU的占用，如等待讀文件。 4，阻塞→就緒：阻塞態(tài)進(jìn)程所等待的事件發(fā)生了，例如讀數(shù)據(jù)的操作完成。⑵ 當(dāng)我們觀察系統(tǒng)中某些進(jìn)程時(shí)，能夠看到某一進(jìn)程產(chǎn)生的一次狀態(tài)轉(zhuǎn)換能引起另一個(gè)進(jìn)程作一次狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在什么情況下，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程發(fā)生轉(zhuǎn)換3時(shí)，能立即引起另一進(jìn)程發(fā)生轉(zhuǎn)換1？試說明是否會(huì)發(fā)生這些因果轉(zhuǎn)換：2→1；3→2；4→1。答：2—1：可以。運(yùn)行進(jìn)程用完了本次分配給它的時(shí)間片，讓出CPU，從就緒隊(duì)列中選一個(gè)進(jìn)程投入運(yùn)行。 3—2：不可以。任何時(shí)候一個(gè)進(jìn)程只能處于一種狀態(tài)，它既然由運(yùn)行態(tài)變?yōu)樽枞麘B(tài)，就不能再變?yōu)榫途w態(tài)。 4—1：可以。某一阻塞態(tài)進(jìn)程等待的事件出現(xiàn)了，而且此時(shí)就緒隊(duì)列為空，該進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列后馬上又被調(diào)度運(yùn)行。就緒進(jìn)程隊(duì)列⑥⑤等待磁盤讀文件③②①運(yùn)行等待打印機(jī)輸出結(jié)果④某分時(shí)系統(tǒng)的進(jìn)程出現(xiàn)如上圖所示的狀態(tài)變化。試問 ⑴ 你認(rèn)為該系統(tǒng)采用的是何種進(jìn)程調(diào)度算法？答：該分時(shí)系統(tǒng)采用的進(jìn)程調(diào)度算法是時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法。⑵ 把圖中所示的每一個(gè)狀態(tài)變化的原因填寫在下表中。變 化原 因①進(jìn)程被選中，變成運(yùn)行態(tài)②時(shí)間片到，運(yùn)行的進(jìn)程排入就緒隊(duì)列尾部③運(yùn)行的進(jìn)程啟動(dòng)打印機(jī)，等待打?、艽蛴」ぷ鹘Y(jié)束，等待的進(jìn)程排入就緒隊(duì)列尾部⑤等待磁盤讀文件工作⑥磁盤傳輸信息結(jié)束，等待的進(jìn)程排入就緒隊(duì)列尾部四個(gè)進(jìn)程A、B、C、D都要讀一個(gè)共享文件F，系統(tǒng)允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)讀文件F。但限制是進(jìn)程A和進(jìn)程C不能同時(shí)讀文件F，進(jìn)程B和進(jìn)程D也不能同時(shí)讀文件F。為了使這四個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行時(shí)能按系統(tǒng)要求使用文件，現(xiàn)用PV操作進(jìn)行管理，請(qǐng)回答下面的問題：⑴ 如何定義信號(hào)量及初值；答：兩個(gè)信號(hào)量m和s，s和m的初值均為1。⑵ 在下列的程序中填上適當(dāng)?shù)腜、V操作，以保證它們能正確并發(fā)工作：進(jìn)程A 進(jìn)程B 進(jìn)程C 進(jìn)程D… … … …[1] [3] [5] [7]read F read F read F read F[2] [4] [6] [8]答：進(jìn)程A 進(jìn)程 B 進(jìn)程 C 進(jìn)程 D P（m） P(s) P(m) P(s) read F read F read F read F V（m） V(s) V(m) V(s)判斷下面的同步問題的算法是否正確？若有錯(cuò)，請(qǐng)指出錯(cuò)誤原因并予以改正。 ⑴ 設(shè)A、B兩進(jìn)程共用一個(gè)緩沖區(qū)Q，A向Q寫入信息，B則從Q讀出信息，算法框圖如圖所示。⑵ 設(shè)A、B為兩個(gè)并發(fā)進(jìn)程，它們共享一臨界資源。其運(yùn)行臨界區(qū)的算法框圖如圖所示。 答：這個(gè)算法不對(duì)。因?yàn)锳、B兩進(jìn)程共用一個(gè)緩沖區(qū)Q，如果A先運(yùn)行，且信息數(shù)量足夠多，那么緩沖區(qū)Q中的信息就會(huì)發(fā)生后面的沖掉前面的，造成信息丟失，B就不能從Q中讀出完整的信息。 進(jìn)行改正：A、B兩進(jìn)程要同步使用緩沖區(qū)Q。為此，設(shè)立兩個(gè)信號(hào)量