教材习题解答

1、第2章教材习题解答第2章进程管理练习与思考”解答1 .基本概念和术语进程、进程互斥、进程同步、临界资源、临 界区、死锁进程是程序在并发环境中的执行过程。进程互斥：各个进程彼此不知道对方的存 在，逻辑上没有关系，由于竞争同一资源（如打 印机、文件等）而发生相互制约。进程同步：各个进程不知对方的名字，但通 过对某些对象（如I/O缓冲区）的共同存取来协 同完成一项任务。临界资源：一次仅允许一个进程使用的资 源。临界区：在每个进程中访问临界资源的那段 程序。死锁是指在一个进程集合中的每个进程都 在等待仅由该集合中的另一个进程才能引发的 事件而无限期地僵持下去的局面。2.基本原理和技术（1） 在操作系统

2、中为什么要引入进程概念？它与程序的区别和联系是什么？在操作系统中，由于多道程序并发执行时共 享系统资源，共同决定这些资源的状态，因此系 统中各程序在执行过程中就出现了相互制约的 新关系，程序的执行出现“走走停停”的新状态。 这些都是在程序的动态过程中发生的。 用程序这 个静态概念已不能如实反映程序并发执行过程 中的这些特征。为此，人们引入“进程”这一概 念来描述程序动态执行过程的性质。进程与程序的主要区别是：进程是动态的；程序是静态的。进程有独立性，能并发执行；程序不能并 发执行。二者无一一对应关系。进程异步运行，会相互制约；程序不具备 此特征。但进程与程序又有密切的联系：进程不能脱 离具体程

3、序而虚设，程序规定了相应进程所要完 成的动作。(2) 进程的基本状态有哪几种？通常在操作系统中，进程至少要有三种基本 状态。这三种基本状态是：运行态、就绪态和阻塞态(或等待态)(3)用如图3-23所示的进程状态转换图1状* f1狀也丿能够说明有关图3-23进程状态转换图处理机管理的大量内容。试回答： 什么事件引起每次显著的状态变迁? 下述状态变迁因果关系能否发生？为 什么？(A) 2 1(B) 3 2(C) 41就绪运行：CPU空闲，就绪态进程被调度 程序选中。运行就绪：正在运行的进程用完了本次分 配给它的CPU时间片。运行阻塞：运行态进程因某种条件未满足 而放弃对CPU的占用，如等待读文件。

4、阻塞就绪：阻塞态进程所等待的事件发生 了，例如读数据的操作完成。下述状态变迁：(A) 2 1:可以。运行进程用完了本次分 配给它的时间片，让出CPU ,从就绪队列中选一 个进程投入运行。(B) 3 2:不可以。任何时候一个进程只 能处于一种状态，它既然由运行态变为阻塞态， 就不能再变为就绪态。(C) 4 1可以。某一阻塞态进程等待的 事件出现了，而且此时就绪队列为空，该进程进 入就绪队列后马上又被调度运行。(4) PCB的作用是什么？它是怎样描述进 程的动态性质的？进程控制块PCB是进程组成中最关键的部 分。每个进程有唯一的进程控制块；操作系统根 据PCB对进程实施控制和管理，进程的动态、并

5、发等特征是利用PCB表现出来的；PCB是进程存 在的唯一标志。PCB中有表明进程状态的信息：该进程的状 态是运行态、就绪态还是阻塞态，利用状态信息 来描述进程的动态性质。(5) PCB表的组织方式主要有哪 几种？分别简要说明。PCB表的组织方式主要有：线性方式、链接方式和索引方式。线性方式是把所有进程的PCB都放在一个 表中。链接方式按照进程的不同状态把它们分别 放在不同的队列中。索引方式是利用索引表记载相应状态进程 的PCB地址。(6) 进程进入临界区的调度原则 是什么？一个进程进入临界区的调度原则是： 如果有若干进程要求进入空闲的临界 区，一次仅允许一个进程进入。 任何时候，处于临界区内的

6、进程不可多 于一个。如已有进程进入自己的临界区，贝U 其它所有试图进入临界区的进程必须等待。 进入临界区的进程要在有限时间内退 出，以便其它进程能及时进入自己的临界区。 如果进程不能进入自己的临界区，则应 让出CPU，避免进程出现“忙等”现象。(7) 简述信号量的定义和作用。P、V操作原语是如何定义的？信号量一般是由两个成员组成的数据结 构，其中一个成员是整型变量，表示该信号量的 值，它是与相应资源的使用情况有关的；另一个 是指向PCB的指针。当多个进程都等待同一信号 量时，它们就排成一个队列，由信号量的指针项 指出该队列的头。信号量通常可以简单反映出相应资源的使 用情况，它与P、V操作原语一

7、起使用可实现进 程的同步和互斥。P、V操作原语的定义：P（S）:顺序执行下述两个动作： 信号量的值减1，即S=S-1; 如果S> 0,则该进程继续执行；如果Sv 0,则把该进程的状态置为阻塞态， 把相应的PCB连入该信号量队列的末尾，并放弃 处理机，进行等待（直至其它进程在S上执行V 操作，把它释放出来为止）。V（S）:顺序执行下述两个动作： S值加1,即S=S+1; 如果S> 0,则该进程继续运行；如果SW 0,则释放信号量队列上的第一个 PCB （即信号量指针项所指向的PCB）所对应的 进程（把阻塞态改为就绪态），执行 V操作的进 程继续运行。(8) 计算机系统中产生死锁的根

8、本原因是什么？计算机系统中产生死锁的根本原因是：资源有 限且操作不当。此外，进程推进顺序不合适也可 以引发的死锁。(9) 发生死锁的四个必要条件是 什么？发生死锁的四个必要条件是：互斥条件，不可 抢占条件，占有且申请条件，循环等待条件。(10) 一般解决死锁的方法有哪 三种？一般解决死锁的方法有：死锁的预防、死锁的 避免、死锁的检测与恢复。3.思考题(1) 是否所有的共享资源都是临界资 源？为什么？不是所有的共享资源都是临界资源。因为 临界资源是一次仅允许一个进程使用的资源， 而 系统中有很多资源可以让多个进程同时使用，例 如硬盘、正文段等。(2) 系统中只有一台打印机， 有三个用户的程序在执

9、行过程中都 要使用打印机输出计算结果。设每个 用户程序对应一个进程。问：这三个 进程间有什么样的制约关系？试用 P、V操作写出这些进程使用打印机 的算法。因为打印机是一种临界资源，所以这三个 进程只能互斥使用这台打印机，即一个用户的计 算结果打印完之后，另一个用户再打印。设三个进程分别为A、B和C。设一个互斥信号量mutex，其初值为1。进程A进程B进程CP(mutex)使用打印V(mutex)P(mutex)P(mutex)使用打印机使用打印机V(mutex)V(mutex)(3) 判断下列同步问题的算法 是否正确？若有错，请指出错误原因 并予以改正。 设A，B两个进程共用一个缓冲区 Q，

10、A向Q写入信息，B从Q读出信息，算法框图 如图3-24所示。 设A，B为两个并发进程，它们共享一 个临界资源。其运行临界区的算法框图如图3-25 所示。进稈AV cs>P(SJUEf AV (SI)P (SI)临界窝代码CShV <S2J20图3-24进程A, B的算法框图这个算法不对。图3-25两个并发进程临界区的算法框图因为A、B两个进程共用一个缓冲区Q，如果A先运行，且信息数量 足够多，那么缓冲区Q中的信息就会发生后 面的冲掉前面的，造成信息丢失，B就不能从Q中读出完整的信息改正：A、B两进程要同步使用缓冲区Q。为此，设 立两个信号量：empty表示缓冲区Q为空，初值为1；

11、full表示缓冲区Q为满，初值为0。算法框图如图1所示。这个算法不对。因为A、B两个进程是 并发的，它们共享一个临界资源，所以二者 应互斥地使用该临界资源，在进入临界区时 不存在先A后B的时序关系，而是哪个进程先 到一步就先进入自己的临界区。改正：A、B两个进程应互斥地进入临界区。为此， 设立一个信号量：互斥信号量mutex，其初值为1 算法框图如图2所示。A进程B进程A进程B进程P(empty) I P(full)P(mutex)P(mutex)向Q写入信息从Q中读出信息临界区代码CSa临界区代码CSbV(full)V(empty)V(mutex)V(mutex)(4) 设有一台计算机，有两

12、条 I/O通道，分别接一台卡片输入机和 一台打印机。卡片机把一叠卡片逐一 输入到缓冲区B1中，加工处理后再 搬到缓冲区B2中，并在打印机上打 印结果。问： 系统要设几个进程来完成这个任务？各 自的工作是什么？ 这些进程间有什么样的相互制约关系？ 用P、V操作写出这些进程的同步算法。系统可设三个进程来完成这个任务：R进 程负责从卡片输入机上读入卡片信息， 输入到缓 冲区B1中；C进程负责从缓冲区B1中取出信息，进行加工处理，之后将结果送到缓冲区 B2中；P 进程负责从缓冲区B2中取出信息，并在打印机上 印出。 R进程受C进程影响，B1放满信息后R进 程要等待一一等C进程将其中信息全部取走，才 能

13、继续读入信息；C进程受R进程和P进程的约 束：B1中信息放满后C进程才可从中取出它们， 且B2被取空后，C进程才可将加工结果送入其 中；P进程受C进程的约束：B2中信息放满后P 进程才可从中取出它们，进行打印。 信号量含义及初值：Bifull 缓冲区B1满，初值为0； Biempty缓冲区B1空，初值为0；B2full 缓冲区B2满，初值为0; B2empty缓冲区B2空，初值为0;C进程R进程P进程输入信息写入缓冲区B1P(B1full)P(B2full)V(B1full)从 B1 中取出信息从B2中取出信息进行打印P(B1empty)加工信息V(B2empty)结果送入B2V(B1empt

14、y)V(B2full)P(B2empty)(5) 设有无穷多个信息，输入 进程把信息逐个写入缓冲区，输出进 程逐个从缓冲区中取出信息。针对下述两种情况：缓冲区是环形的，最多可容纳 n个信 心、? 缓冲区是无穷大的试分别回答下列问题： 输入、输出两组进程读/写缓冲区需要 什么条件？ 用P、V操作写出输入、输出两组进程 的同步算法，并给出信号量含义及初值。针对容量为n的环形缓冲区，输入、输出两 组进程读/写缓冲区需要的条件为：?输入进程和输出进程需同步执行，即输入进 程写缓冲区后，输出进程才可以读；?由于缓冲区容量有限，因此任一时刻所有输 入进程存放信息的单元数不能超过缓冲区 的总容量（n）;?同

15、理，所有输出进程取出信息的总量不能超 过所有输入进程当前写入信息的总数。设缓冲区的编号为0n-1，in和out分别是 输入进程和输出进程使用的指针，指向下面可用 的缓冲区，初值都是0。为使两类进程实行同步操作，应设置三个信 号量：两个计数信号量full和empty，一个互斥 信号量mutex。full :表示放有信息的缓冲区数，其初值为0。empty :表示可供使用的缓冲区数，其初值 为n。mutex :互斥信号量，初值为1,表示各进程 互斥进入临界区，保证任何时候只有一个进程使 用缓冲区。下面是解决这个问题的算法描述。输入进程In put :while (TRUE) P(empty);P(mutex);信息送往buffer(in);in=(in+1)mod N; /* 以 N 为模*/V(mutex);V(full);输出进程Output :while (TRUE)P(full);P(mutex);从buffer(out)中取出信息； out=(out+1)mod N; /* 以 N 为模*/ V(mutex);V(empty);当缓冲区是无穷大时，输入进程存放信息的 单元数不再受缓冲区总容量的限制，因此，