《課后習(xí)題解答》PPT課件.ppt

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1、第二章 課后習(xí)題解答,第2章 進程管理,1,1操作系統(tǒng)為什么要引入進程的概念？ 【解答】程序在并發(fā)執(zhí)行方式下，運行時具有異步性的特征。這樣，就需要一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)PCB來記錄程序的狀態(tài)，以及控制其狀態(tài)轉(zhuǎn)換所需的一些信息。因此，將PCB、程序、數(shù)據(jù)三者組成一個完整的實體，就是進程實體。進程是程序的一次執(zhí)行，引入進程的概念，便于操作系統(tǒng)對于程序的運行進行控制。,2試比較進程和程序的區(qū)別。 【解答】進程和程序之間存在著密切的聯(lián)系，但它們是兩個完全不同的概念。它們之間的主要區(qū)別是： （1）程序是靜態(tài)的概念，本身可以作為一種軟件資源長期保存著；而進程則是程序的一次執(zhí)行過程。它是動態(tài)的概念。 （2）進程是一個

2、能獨立運行的單位，能與其它進程并發(fā)執(zhí)行。進程是作為資源申請和調(diào)度單位存在的；而通常的程序是不能作為一個獨立運行的單位而并發(fā)執(zhí)行的。 （3）程序和進程無一一對應(yīng)的關(guān)系。一個程序可由多個進程共用；另一方面，一個進程在其活動中又可順序地執(zhí)行若干個程序。一個程序，運行一次，便創(chuàng)建了一個進程；同一個程序，若運行十次，就產(chǎn)生了十個進程。 （4）各個進程在并發(fā)執(zhí)行過程中會產(chǎn)生相互制約關(guān)系，造成各自前進速度的不可預(yù)測性。而程序本身是靜態(tài)的，不存在這種異步特征。,第2章 進程管理,2,3程序并發(fā)執(zhí)行，為什么會失去封閉性和可再現(xiàn)性？ 【解答】在程序并發(fā)執(zhí)行的環(huán)境下，多個進程共享系統(tǒng)中的資源，這些資源是否被使用，及

3、每一時刻由哪個進程使用，將由多個進程的相互作用而決定。這樣，程序的執(zhí)行就失去了封閉性。某個進程的執(zhí)行必然受到其它進程的影響。 由于進程在并發(fā)執(zhí)行的過程中失去了封閉性，當下一次再運行該程序時，系統(tǒng)中存在的進程及各進程的狀態(tài)都可能發(fā)生變化，導(dǎo)致進程的執(zhí)行失去可再現(xiàn)性。 4什么叫進程的并發(fā)性？試舉一個進程并發(fā)執(zhí)行的例子。 【解答】多個進程在同一時間間隔內(nèi)同時發(fā)生，叫做進程的并發(fā)性。 例如：我們在Linux系統(tǒng)下使用編輯器vi進行編輯，而此時系統(tǒng)正在后臺運行一個編譯程序，此時，兩個進程并發(fā)執(zhí)行。,第2章 進程管理,3,5舉一個例子，說明一個程序可能同時屬于多個進程。 【解答】例如：超市的收銀系統(tǒng)。在每

4、個終端上，收銀員在運行收款程序，因此每個收銀員都在執(zhí)行一個進程。超市里同時有很多收款終端，同一個程序被并發(fā)執(zhí)行多次，造成了多個進程并發(fā)執(zhí)行。 6試說明PCB的作用,為什么說PCB是進程存在的惟一標志？ 【解答】PCB的作用是：在一個在多道程序環(huán)境下，集中反映了一個進程的動態(tài)特征。在進程并發(fā)執(zhí)行時，由于資源共享，帶來各進程之間的相互制約。顯然，為了反映這些制約關(guān)系和資源共享關(guān)系，必須使用PCB中的信息，才能對進程實施有效的管理和控制。 PCB是進程實體的一部分，是操作系統(tǒng)中非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存放著進程所需的運行信息和控制信息，系統(tǒng)在創(chuàng)建進程時，首先創(chuàng)建PCB，然后通過PCB感知進程的存在，進

5、程在被撤消時，PCB也隨之被撤消。因此，PCB是進程存在的惟一標志。,第2章 進程管理,4,7說明進程由哪幾部分構(gòu)成？ 【解答】進程實體通常就是由程序、數(shù)據(jù)集合和PCB這三部分構(gòu)成，也稱為“進程映像”。 8什么叫臨界區(qū)？為什么進程在進入臨界區(qū)之前，要先執(zhí)行申請操作，離開臨界區(qū)，要做釋放操作？ 【解答】將每個進程中訪問臨界資源的那段代碼稱為臨界區(qū)，因此也可以說：不能被多個進程同時進入的程序或數(shù)據(jù)區(qū)域叫做臨界區(qū)。 因為臨界區(qū)不能由多個進程同時進入，因此，在進入臨界區(qū)之前，要先執(zhí)行申請操作，確保在沒有其它進程進入的情況下，該進程才能進入該臨界區(qū)；在離開臨界區(qū)之前，要做釋放操作，以便其它進程可以進入該

6、臨界區(qū)。,第2章 進程管理,5,9試說明進程的基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換的原因。 【解答】在操作系統(tǒng)中，進程通常至少有三種基本狀態(tài):就緒狀態(tài)、執(zhí)行狀態(tài)和阻塞狀態(tài)。 進程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的原因是:系統(tǒng)中的進程是并發(fā)執(zhí)行的。在系統(tǒng)中， CPU在不同的時間，按一定的算法為不同的進程服務(wù);系統(tǒng)中的資源是有限的;各進程之間存在相互作用。因此，進程并非固定處于某個狀態(tài)，它將隨著自身的推進和外界條件的變化而發(fā)生變化。對于一個系統(tǒng)，處于就緒狀態(tài)的進程，在調(diào)度程序為之分配了處理機之后，該進程便由就緒態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行狀態(tài)。當前進程如果因分配給它的時間片己用完而被暫停執(zhí)行時，該進程便由執(zhí)行狀態(tài)又回到就緒狀態(tài);一個處于執(zhí)行狀態(tài)的進程，因為等

7、待某外部事件發(fā)生而使該進程狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)。一個處于阻塞狀態(tài)的進程，當它所需的外部事件滿足，它應(yīng)由阻塞狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)。,第2章 進程管理,6,10在創(chuàng)建一個進程時，所要做的工作有哪些？ 【解答】操作系統(tǒng)通過進程創(chuàng)建原語來創(chuàng)建一個進程。創(chuàng)建原語通過下述步驟創(chuàng)建一個進程： （1）申請空白PCB。 （2）為新進程分配資源。 （3）初始化進程控制塊。 （4）將新建進程插入就緒態(tài)隊列。,11從概念上說明記錄型信號量的構(gòu)成，描述wait原語和 signal 原語所進行的操作。 【解答】記錄型信號量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由兩部分構(gòu)成，即：數(shù)值分量和指針分量。數(shù)值表示系統(tǒng)中可用的該類臨界資源的數(shù)量，而指針分量為進程鏈

8、表指針，指向等待該類資源的PCB隊列。 申請臨界資源的原語wait操作可描述為： procedure wait(S) var S: semaphore; begin s: =s-1; if s0 then 本進程繼續(xù)； else 將本進程放入阻塞態(tài)隊列； 轉(zhuǎn)進程調(diào)度 end,第2章 進程管理,8,釋放臨界資源的原語signal操作可描述為： procedure signal(S) var S: semaphore; begin s: =s+1; if s0 then 喚醒指針L所指的阻塞態(tài)進程；; end,,,12在生產(chǎn)者消費者問題中，如果缺少了signal(full)或si

9、gnal(empty)，對執(zhí)行結(jié)果將會有何影響？ 【解答】若缺少釋放資源的原語操作，則會導(dǎo)致生產(chǎn)者或消費者進程不能再繼續(xù)工作。 如缺少了signal(full)，則消費者進程可能得不到所需的臨界資源如緩沖區(qū)，不能取一件產(chǎn)品；同樣，如果缺少signal（empty），則生產(chǎn)者進程又可能得不到所需的資源，不能存放一件產(chǎn)品。 13在生產(chǎn)者消費者問題中，如果兩個wait操作即wait(mutex)和wait(empty)位置互換，會產(chǎn)生什么后果？ 【解答】如果兩個wait操作即wait(mutex)和wait(empty)位置互換，則有可能產(chǎn)生死鎖。,第2章 進程管理,9,14進程的高級通信方式有哪幾

10、種？ 【解答】高級通信方式可分為三大類：共享存儲器系統(tǒng)、消息傳遞系統(tǒng)和管道通信系統(tǒng)。 在共享存儲器系統(tǒng)中，相互通信的進程共享某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或共享存儲區(qū)；消息傳遞系統(tǒng)中，進程間的數(shù)據(jù)交換以消息為單位，用戶直接利用系統(tǒng)提供的一組通信原語來實現(xiàn)通信，消息傳遞系統(tǒng)可分為消息緩沖通信和信箱通信；管道通信通信的方法是，向管道提供輸入的發(fā)送進程以字符流形式將大量的數(shù)據(jù)送入管道，而接受管道輸出的接收進程可從管道中接收數(shù)據(jù)。,第2章 進程管理,10,15什么是線程？說明它與進程的主要區(qū)別。 【解答】線程是進程中執(zhí)行運算的最小單位，亦即執(zhí)行處理機調(diào)府的基本單位。 線程與進程的主要區(qū)別如下: (1)調(diào)度性方面。進程是

11、資源分配的基本單位，線程是分配處理機的基本單位，它與資源分配無關(guān)，即真正在處理機上運行的是線程。 (2)擁有資源方面。進程是擁有資源的獨立單位，線程基本是不擁有資源的。同一進程的線程共用該進程的資源。 (3)并發(fā)性方面。進程和線程都可以并發(fā)執(zhí)行。但同一個進程的線程在并發(fā)執(zhí)行時，狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度較快。 (4)系統(tǒng)開銷方面。進程在創(chuàng)建、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、撤銷時開銷較大，對于同樣的工作，線程的開銷較小。,第2章 進程管理,11,16什么是多線程機制？引入它有什么好處？ 【解答】多線程機制是指操作系統(tǒng)支持在一個進程內(nèi)執(zhí)行多個線程的能力。 引入線程的好處有以下幾點： （1）易于調(diào)度。由于線程只作為獨立調(diào)度的基本單位

12、，同一進程的多個線程共享進程的資源，所以線程易于切換。 （2）提高了系統(tǒng)的效率。通過線程可方便有效地實現(xiàn)并發(fā)性。進程可創(chuàng)建多個線程來執(zhí)行同一程序的不同部分。 （3）創(chuàng)建一個線程比創(chuàng)建一個進程花費的開銷少，創(chuàng)建速度快。 （4）在多處理器的系統(tǒng)中，有利于發(fā)揮多處理器的功能，提高進程的并行性。,第2章 進程管理,12,17在讀者寫者問題中，如果修改問題中的同步算法，要求對寫進程優(yōu)先，即一旦寫進程到達，后續(xù)的讀者進程必須等待，而無論是否有讀者進程在讀文件。寫出相應(yīng)進程的程序段。 【解答】增加一個信號量S，用于在寫進程到達后封鎖后續(xù)的讀進程。 semaphore S=1; 在讀進程開頭，增加兩句； P(

13、S); V(S); 即所有訪問該文件的進程，在申請讀以前，先申請信號量S。如果沒有寫進程，則可以直接通過;如果存在寫進程，則該信號量S申請不到，該讀者進程等待。 對于寫進程，首先應(yīng)該申請信號量S，由于讀者進程申請到以后接著釋放該信號量，所以寫者進程更容易申請到S。寫者進程申請到S以后，直到寫操作完成以后才釋放該信號量。因此，讀者進程和寫進程改為:,第2章 進程管理,13,讀者一寫者問題可描述如下: semaphore rmutex=1,wmutex=1; semphore S=1; int readcount=0; void main() parbegin(reader,writer); /*

14、讀者進程*/ /*寫者進程*/ void reader() void writer() while(1) while(1) wait(s); wait(s); signal (s); wait(wmutex); wait(rmutex); 執(zhí)行寫操作； if (readcount==0) wait(wmutex); signal(wmutex); readcount++; signal (s); signal(rmutex); 進行讀操作； wait(rmutex); readcount--; if (readcount==0) signal(wmutex); s

15、ignal(rmutex); ,18試利用記錄型信號量寫出一個不會出現(xiàn)死鎖的哲學(xué)家進餐問題的算法。 【解答】有多種算法可解決該問題。 方法（1）至多只允許有四位哲學(xué)家同時去拿左邊的筷子。 實現(xiàn)方法：在每個進程的程序段前定義一個信號量S，初值為4，每個哲學(xué)家在使用筷子之前，先申請信號量S，吃完放下筷子后，再釋放S。 方法（2）僅當哲學(xué)家的左、右兩只筷子均可用時，才允許他拿起筷子進餐。解決的方法：可用AND型信號量。 方法（3）規(guī)定奇數(shù)號哲學(xué)家先拿他左邊的筷子，然后再去拿右邊的筷子；而偶數(shù)號哲學(xué)家則相反。 實現(xiàn)的方法：在第i個哲學(xué)家所執(zhí)行的程序段中判定i的值是偶數(shù)還是奇數(shù)，然后再做資源申請。,

16、第2章 進程管理,15,19設(shè)公共汽車上有一位司機和一位售票員，它們的活動如下：,第2章 進程管理,16,請分析司機與售票員之間的同步關(guān)系，如何用P、V 操作實現(xiàn)。 【解答】為了安全起見，顯然要求：關(guān)車門后才能啟動車輛；到站后才能開車門。所以司機和售票員在到站、開門、關(guān)門、啟動車輛這幾個活動之間存在著同步關(guān)系。兩個信號量S1、S2分別表示可以開車和可以開門，S1的初值為1，S2的初值為0。,第2章 進程管理,17,20.說明Linux系統(tǒng)的進程有哪幾種狀態(tài)？ 【解答】在Linux中，一個迸程的狀態(tài)信息是由task_struct結(jié)構(gòu)中的state成負描述的，它定義了5種進程狀態(tài): (1) TASK-RUNNING狀態(tài)，運行狀態(tài)。此進程的運行狀態(tài)實際包含基本狀態(tài)中的執(zhí)行和就緒兩種狀態(tài)。進程是正在運行還是處于就緒狀態(tài)準備運行，要靠cunent來區(qū)分。 (2) TASK-INTERRUPTIBLE狀態(tài)，可中斷的等待狀態(tài)。進程正在等待某些事件。 (3) TASK-UNINTERRUPTIBLE狀態(tài)，不可中斷等待狀態(tài)。 (4) TASK-ZOMBIE狀態(tài)，僵死狀態(tài)。由于某些原因進程被終止，這個迸程所占有的資源全部釋放之后，還保存著PCB信息，這種占有PCB但已被撤消的進程就處于僵死狀態(tài)。 (5) TASK-STOPPED狀態(tài)，暫停狀態(tài)。,