【正文】 4. 進(jìn)程與程序之間有密切聯(lián)系，但又是不同的概念。A．基本相同 B．有點不同C．并發(fā)程序執(zhí)行總體上執(zhí)行時間快D．順序程序執(zhí)行總體上執(zhí)行時間快2. 在單一處理機上，將執(zhí)行時間有重疊的幾個程序稱為（ ）。而其他三個條件是完全可以破壞的。打破互斥條件，就是允許進(jìn)程同時訪問某些資源?！纠?】死鎖的四個必要條件中，無法破壞的是（ ）。 如果C進(jìn)程的算法如下： 則信號量B2empty初值應(yīng)為1。以本題為例，如果R進(jìn)程的算法如下：則信號量B1empty初值應(yīng)為1。②R進(jìn)程受C進(jìn)程影響，B1放滿信息后R進(jìn)程要等待——等C進(jìn)程將其中信息全部取走，才能繼續(xù)讀入信息；C進(jìn)程受R進(jìn)程和P進(jìn)程的約束：B1中信息放滿后C進(jìn)程才可從中取出它們，且B2被取空后，C進(jìn)程才可將加工結(jié)果送入其中；P進(jìn)程受C進(jìn)程的約束：B2中信息放滿后P進(jìn)程才可從中取出它們,進(jìn)行打印。本題中“處理進(jìn)程”的算法有一些難度，因為它需要協(xié)調(diào)兩個緩沖區(qū)的工作，考慮的因素比較多，算法復(fù)雜些。一般來說，處理進(jìn)程同步需要2個信號量，“輸入進(jìn)程”和“處理進(jìn)程”同步，需要2個信號量，解決緩沖區(qū)B1的協(xié)調(diào)操作問題；而“處理進(jìn)程”和“輸出進(jìn)程”同步，還需要2個信號量，解決緩沖區(qū)B2的協(xié)調(diào)操作問題。以“輸入進(jìn)程”為例，它與卡片機和緩沖區(qū)B1關(guān)聯(lián)，將卡片機的卡片輸入到緩沖區(qū)B1，在不考慮卡片機的情況下，就要考慮緩沖區(qū)的情況，即是滿還是空，是空緩沖區(qū)，輸入進(jìn)程就可以輸入信息，如果緩沖區(qū)滿，則要等待“處理進(jìn)程”將B1中的信息取走，使之為空，輸入進(jìn)程才能繼續(xù)工作。可以看出，這3個進(jìn)程之間是同步關(guān)系，合作完成從輸入到輸出的工作任務(wù)。這3個動作就是完成任務(wù)的3個進(jìn)程。問：① 系統(tǒng)要設(shè)幾個進(jìn)程來完成這個任務(wù)？各自的工作是什么？② 這些進(jìn)程間有什么樣的相互制約關(guān)系？③ 用P、V操作寫出這些進(jìn)程的同步算法?！纠?】設(shè)有一臺計算機，有兩條I/O通道，分別接一臺卡片輸入機和一臺打印機。（3）同一信號量的P、V操作要成對出現(xiàn)，但它們分別在不同的進(jìn)程代碼中。在保持進(jìn)程間有正確的同步關(guān)系情況下，哪個進(jìn)程先執(zhí)行，哪些進(jìn)程后執(zhí)行，彼此間通過什么資源（信號量）進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而明確要設(shè)置哪些信號量。用P，V操作實現(xiàn)進(jìn)程同步時，調(diào)用P操作測試消息是否到達(dá)，調(diào)用V操作發(fā)送消息。 P，V操作是典型的同步機制之一。當(dāng)并發(fā)進(jìn)程存在協(xié)作的關(guān)系時，必須互通消息，完成進(jìn)程的同步。 同步是進(jìn)程間共同完成一項任務(wù)時直接發(fā)生相互作用的關(guān)系?！纠?】兩個進(jìn)程合作完成一個任務(wù)，在并發(fā)執(zhí)行中，一個進(jìn)程要等待其合作伙伴發(fā)來信息，或者建立某個條件后再向前執(zhí)行，這種關(guān)系是進(jìn)程間的（ ）關(guān)系。 此外，P、V操作應(yīng)分別緊靠臨界區(qū)的頭尾部，臨界區(qū)的代碼應(yīng)盡可能短，不能有死循環(huán)。若有多個分支，要認(rèn)真檢查其成對性。 利用信號量和P，V操作實現(xiàn)進(jìn)程互斥的一般模型是：進(jìn)程P1 進(jìn)程P2 …… 進(jìn)程Pn…… …… ……P（mutex）； P（mutex）； P（mutex）；臨界區(qū)； 臨界區(qū)； 臨界區(qū)；V（mutex）； V（mutex）； V（mutex）；…… …… …… …… 其中信號量mutex用于互斥，初值為1。 進(jìn)程的互斥體現(xiàn)了并發(fā)進(jìn)程之間訪問共享資源時存在的競爭關(guān)系。在這個生產(chǎn)者消費者問題中，互斥使用緩沖區(qū)的信號量mutex的初值應(yīng)該為（ ）。0，表示有某些進(jìn)程正在等待該資源，因此要喚醒一個等待狀態(tài)的進(jìn)程，使之運行下去。執(zhí)行一次P操作意味著請求分配一個單位資源，因此S的值減1；當(dāng)S0時，表示已經(jīng)沒有可用資源，請求者必須等待別的進(jìn)程釋放該類資源，它才能運行下去。一般來說，信號量S179。當(dāng)它的值大于0時，表示當(dāng)前可用資源的數(shù)量；當(dāng)它的值小于0時，其絕對值表示等待使用該資源的進(jìn)程個數(shù)。 信號量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為一個值和一個指針，指針指向等待該信號量的下一個進(jìn)程。0，則該進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；否則該進(jìn)程置為阻塞狀態(tài)，排入阻塞隊列。 A．小于0 B．大于0 C．小于等于0 D．大于等于0答案 C分析 P，V操作能夠?qū)崿F(xiàn)對臨界區(qū)的管理要求。當(dāng)系統(tǒng)創(chuàng)建一個新進(jìn)程時，就為它建立一個PCB；當(dāng)進(jìn)程終止后，系統(tǒng)回收為其分配的PCB，該進(jìn)程在系統(tǒng)中就不存在了。進(jìn)程由程序、數(shù)據(jù)、棧和PCB構(gòu)成。操作系統(tǒng)根據(jù)PCB對進(jìn)程實施控制和管理?！纠?】進(jìn)程控制塊是描述進(jìn)程狀態(tài)和特性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一個進(jìn)程（ ）。例如：運行的進(jìn)程能變成就緒嗎？可以，如果運行進(jìn)程的時間片到了，就必修讓出CPU，轉(zhuǎn)換為就緒態(tài)。運行態(tài)分配到CPU時間片到等待某事件發(fā)生所等待的事件發(fā)生阻塞態(tài)就緒態(tài)圖 進(jìn)程狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換如果有的同學(xué)記不住這張圖，那就從理解的角度進(jìn)行思考。通過下圖可以看到，凡是圖中有箭頭指向的轉(zhuǎn)換都是可行的，而沒有箭頭指向的則不可能。運行 D．阻塞174。阻塞 B．運行174。【例3】下列進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換中，不正確的是（ ）。因此，用程序這個靜態(tài)概念已不能如實反映程序并發(fā)執(zhí)行過程中的這些特征。而程序本身是機器能夠翻譯或執(zhí)行的一組動作或指令，它或者寫在紙面上，或者存放在磁盤等介質(zhì)上，是靜止的。A．改善用戶編程環(huán)境 B．提高程序的運行速度C．描述程序動態(tài)執(zhí)行過程的性質(zhì) D．使程序與計算過程一一對應(yīng)答案 C分析 操作系統(tǒng)中多道程序的引入，使得它們在并發(fā)執(zhí)行時共享系統(tǒng)資源，共同決定這些資源的狀態(tài)，因此系統(tǒng)中各道程序在執(zhí)行過程中就出現(xiàn)了相互制約的新關(guān)系，程序的執(zhí)行出現(xiàn)“走走停?！钡男聽顟B(tài)。而并行是真正意義上的并行執(zhí)行，因此兩者的含義是不同的。也就是說，占有CPU的只能有一個程序。分析 并發(fā)是指多道程序的執(zhí)行在時間上是重疊的，一個程序的執(zhí)行尚未結(jié)束，另一個程序的執(zhí)行已經(jīng)開始。 典型例題解析【例1】判斷題：并發(fā)是并行的不同表述，其原理相同。如果在計算機系統(tǒng)中同時具備這四個必要條件時，那么會發(fā)生死鎖。一種原因是競爭資源引起的死鎖，另一種原因是由于進(jìn)程推進(jìn)順序不合適引發(fā)的死鎖。（4）死鎖死鎖是指多個進(jìn)程循環(huán)等待他方占有的資源而無限期地僵持下去的局面。我們用信號量（Semaphore）及P，V操作來實現(xiàn)進(jìn)程的同步和互斥。進(jìn)程互斥體現(xiàn)了進(jìn)程之間對資源的競爭關(guān)系，這時進(jìn)程相互之間不一定清楚其它進(jìn)程的情況，往往指多個任務(wù)多個進(jìn)程間的通訊制約，因而使用更廣泛。一般來說同步反映了進(jìn)程之間的協(xié)作關(guān)系，往往指有幾個進(jìn)程共同完成一個任務(wù)時在時間次序上的某種限制，進(jìn)程相互之間各自的存在及作用，通過交換信息完成通信。根據(jù)進(jìn)程間交換信息量的多少，分為高級進(jìn)程通信和低級進(jìn)程通信。常用的系統(tǒng)調(diào)用有：fork，exec，wait，exit，getpid，sleep，nice等。Linux的task_struct結(jié)構(gòu)相當(dāng)于其進(jìn)程控制塊。進(jìn)程分為系統(tǒng)進(jìn)程和用戶進(jìn)程。進(jìn)程作為有“生命期”的動態(tài)過程，對它們的實施管理主要包括：創(chuàng)建進(jìn)程、撤消進(jìn)程、掛起進(jìn)程、恢復(fù)進(jìn)程、改變進(jìn)程優(yōu)先級、封鎖進(jìn)程、喚醒進(jìn)程、調(diào)度進(jìn)程等。下圖所示為進(jìn)程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換。進(jìn)程有三個基本狀態(tài)：運行態(tài)、就緒態(tài)和阻塞態(tài)。為了對所有進(jìn)程進(jìn)行有效地管理，常將各進(jìn)程的PCB用適當(dāng)?shù)姆绞浇M織起來。操作系統(tǒng)根據(jù)PCB對進(jìn)程實施控制和管理。進(jìn)程控制塊是進(jìn)程組成中最關(guān)鍵的部分。進(jìn)程的五個基本特征是：動態(tài)性、并發(fā)性、獨立性、制約性、結(jié)構(gòu)性。進(jìn)程最根本的屬性是動態(tài)性和并發(fā)性。引入進(jìn)程這個概念，對于我們理解、描述和設(shè)計操作系統(tǒng)具有重要意義。（╳）安裝操作系統(tǒng)時必須先安裝操作系統(tǒng)，然后再安裝其它軟件（╳）其它軟件建立在操作系統(tǒng)之上。（　?。　?. UNIX操作系統(tǒng)是采用微內(nèi)核方法實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的。（　?。　?. 在UNIX/Linux系統(tǒng)上，系統(tǒng)調(diào)用以C函數(shù)的形式出現(xiàn)。（　?。?　　3. 操作系統(tǒng)是整個計算機系統(tǒng)的控制管理中心，它對其它軟件具有支配權(quán)利。）　　1. 操作系統(tǒng)是用戶與計算機之間的接口。　　A．為多用戶設(shè)計　　　　　　　B．需要中斷機構(gòu)及時鐘系統(tǒng)的支持　　C．方便用戶與計算機的交互　　D．可靠性比實時系統(tǒng)要求高　　11. 以下著名的操作系統(tǒng)中，屬于多用戶、分時系統(tǒng)的是（　?。Ｏ旅鎸儆趯崟r系統(tǒng)的是（　　）?！　．shell命令　　　　　B．圖形界面　　C．系統(tǒng)調(diào)用　　　　　　D．C語言函數(shù)　　8. 為了使系統(tǒng)中所有的用戶都能得到及時的響應(yīng)，該操作系統(tǒng)應(yīng)該是（　　）?！　．處理器管理　　　　　B．存儲管理　　C．文件管理　　　　　　D．作業(yè)管理　　6. 操作系統(tǒng)對緩沖區(qū)的管理屬于（　?。┑墓δ??！　．提供功能強大的網(wǎng)絡(luò)管理工具　　B．提供用戶界面，方便用戶使用　　C．提供方便的可視化編輯程序　　D．控制和管理系統(tǒng)內(nèi)各種資源，有效地組織多道程序的運行　　5. 為用戶分配主存空間，保護(hù)主存中的程序和數(shù)據(jù)不被破壞，提高主存空間的利用率?！　．文件系統(tǒng)　　　　　B．操作系統(tǒng)　　C．網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)　　　D．?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)　　3. 按照所起的作用和需要的運行環(huán)境，操作系統(tǒng)屬于（　　）。 練習(xí)題一、選擇題（選擇一個正確答案的代碼填入括號中）　　1. 一個完整的計算機系統(tǒng)是由（　?。┙M成的。Windows系列操作系統(tǒng)采用微內(nèi)核技術(shù)，盡可能地使操作系統(tǒng)保持最小的核心，并由核心來負(fù)責(zé)處理客戶和服務(wù)器之間的通信。　　Linux是采用整體結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)，即所有的內(nèi)核系統(tǒng)功能都包含在一個大型的內(nèi)核軟件之中?！　》治?左側(cè)列出的是一些計算機操作系統(tǒng)，右側(cè)列出的是操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?！　　纠?】把下面左右兩列詞用線連起來，形成最恰當(dāng)?shù)拇钆??！　。?）關(guān)于響應(yīng)時間。與分時系統(tǒng)相比，實時系統(tǒng)更加注重其穩(wěn)定性和可靠性。分時系統(tǒng)中各個終端用戶與系統(tǒng)之間具有較強的交互性，而實時系統(tǒng)一般是專為某一領(lǐng)域使用的，對此要求不強。（吞吐量：在一段給定的時間內(nèi)，計算機所能完成的總工作量。“成批”是指作業(yè)成批地進(jìn)入系統(tǒng)，成批地處理，成批地離開系統(tǒng)；作業(yè)與作業(yè)之間的過渡由操作系統(tǒng)控制，不需用戶的干預(yù)?！　∨幚聿僮飨到y(tǒng)的主要特征可歸納為兩點：“多道”和“成批”。其中[1]的主要目標(biāo)是提高系統(tǒng)的吞吐率和效率，而[2]是一旦有處理請求和要求處理的數(shù)據(jù)時，CPU就應(yīng)該立即處理該數(shù)據(jù)并將結(jié)果及時送回?！　　纠?】 操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心軟件。C和D都屬于操作系統(tǒng)的進(jìn)程和處理機管理功能?！　τ诒绢}，A顯然是操作系統(tǒng)的功能之一，C中斷處理是操作系統(tǒng)實施并發(fā)的基礎(chǔ)，對于操作系統(tǒng)非常重要，是實現(xiàn)多道程序設(shè)計的前提?！　　纠?】以下不屬于操作系統(tǒng)具備的主要功能的是（　　）。對于一個給定的計算機系統(tǒng)，它的資源配置情況是相對固定的，而系統(tǒng)中多道程序?qū)τ谫Y源的需求則是變化的，且通常是不可預(yù)知的；操作系統(tǒng)要掌握系統(tǒng)中當(dāng)前資源的使用情況，并據(jù)此決定各程序進(jìn)入系統(tǒng)的次序以及使用資源的次序?！　≠Y源共享是指多個任務(wù)共享計算機系統(tǒng)中的資源，如處理機、內(nèi)存、外存、設(shè)備和數(shù)據(jù)等。以多道程序為例，這里的并發(fā)性不僅體現(xiàn)在用戶程序與用戶程序之間并發(fā)執(zhí)行，還體現(xiàn)在用戶程序與操作系統(tǒng)程序之間的并發(fā)執(zhí)行。　　并發(fā)性是指兩個或多個任務(wù)在同一給定的時間間隔中進(jìn)行?！　　纠?】現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本特征是（　?。?、資源共享和異步性。所以A才是正確答案。C說系統(tǒng)軟件在應(yīng)用軟件之上，這與圖中的情況相反，顯然不對。而應(yīng)用軟件是建立在系統(tǒng)軟件之上的，更貼近用戶?！　〔僮飨到y(tǒng)屬于系統(tǒng)軟件，但卻又不同與其他的系統(tǒng)軟件。 　　A．處于裸機之上的第一層軟件　　　　　B．處于硬件之下的底層軟件　　C．處于應(yīng)用軟件之上的系統(tǒng)軟件　　　　D．處于系統(tǒng)軟件之上的用戶軟件　　答案 A　　分析 解答這道題主要是清楚操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位?！　∪绻瑢W(xué)們理解了操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位，那么對于學(xué)習(xí)這個概念有幫助?！　。?）對外，操作系統(tǒng)是用戶與計算機之間的接口。被計算機系統(tǒng)工作時所引用的一切客體都稱為資源?！　。?）操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件?！　》治觥　〔僮飨到y(tǒng)作為本課程最重要的概念，同學(xué)們一定要牢記。本章對它們的發(fā)展歷史、主要特點以及內(nèi)核的結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了介紹。它們在設(shè)計上各有優(yōu)缺點。其中前三種屬于傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)類型，后面的操作系統(tǒng)類型是隨著計算機網(wǎng)絡(luò)、分布式處理等新技術(shù)的應(yīng)用而產(chǎn)生的，屬于現(xiàn)代操作系統(tǒng)。教材從第2章到第6章將分別介紹這些主要功能。　　操作系統(tǒng)的定義如下：　　　　操作系統(tǒng)是控制和管理計算機系統(tǒng)內(nèi)各種硬件和軟件資源、有效地組織多道程序運行的系統(tǒng)軟件（或程序集合），是用戶與計算機之間的接口?！　”菊碌闹饕R點為：　?。?）操作系統(tǒng)的定義　　一個完整的計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。這一章在全書中起著提綱挈領(lǐng)的作用，后面的各個章節(jié)將分別對操作系統(tǒng)的各項功能做詳細(xì)剖析。有人說“操作系統(tǒng)是計算機技術(shù)和管理技術(shù)的結(jié)合”，如何在現(xiàn)有計算機硬件條件下通過軟件達(dá)到目標(biāo)并努力實現(xiàn)高效性，如何在空間和時間中權(quán)衡，機制與策略，等等，操作系統(tǒng)管理資源的思路和方法體現(xiàn)了現(xiàn)實生活中的管理技術(shù)。針對現(xiàn)實工作任務(wù)的需要，能設(shè)計或擴充現(xiàn)有操作系統(tǒng)，這是學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的最高層次，需要扎實的計算機科學(xué)和技術(shù)的基本理論和基礎(chǔ)知識，特別是操作系統(tǒng)的基本原理、技術(shù)和方法。分析和研究