操作系统 习题及答案 第三章 进程线程模型

第三章进程线程模型习题操作系统中为什么要引入“进程”？进程和程序有什么区别？操作系统引入进程作为资源分配和调度的一个独立单位。区别是程序是静态的，而进程是动态的。进程是程序的一个执行过程。程序的存在是永久的。而进程是为了程序的一次执行而暂时存在的。进程有生命周期，有诞生，亦有消亡。一个进程可以包括若干程序的执行，而一个程序亦可以产生多个进程。进程具有创建其他进程的功能。被创建的进程称为子进程，而创建者称为父进程，从而构成了进程家族。程序的并发执行有什么特点？并发和并行有什么区别？并发执行的特点是一个进程可以同其他进程一道向前推进，即一个进程的第一个动作可以在另一个进程的最后一个动作结束之前就开始。并行是在不同实体上的多个事件；并发是在同一实体上的多个事件。并行是指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行；并发是指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速的轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使多个进程快速交替的执行。可再入程序有什么特性？一个能够被多个用户同时调用的程序称作是“可再入”的程序。可再入程序必须是“纯”代码的程序，程序在执行中不会修改自身的代码。换句话说，可再入程序必须和有关的数据区分离。可再入程序的操作对象，即数据，是与程序相分离的，要求调用者提供专用工作区，以保证程序以同样方式为各用户服务。进程有哪些基本状态？它们的变化关系是怎样的？运行状态，就绪状态和阻塞状态。就绪状态的进程被进程调度程序分配给处理器时，该进程转换为运行状态。运行状态的进程在时间片用完后被中断处理程序切换为就绪状态。云兴状态的进程因等待文件输入等因素不能继续运行时，切换为阻塞状态。阻塞状态的进程在其被阻塞的原因解除后切换为就绪状态。一个单CPU的操作系统共有n个进程，不考虑进程状态过渡时的情况，也不考虑空转进程：（1）给出运行进程的个数最少0个，最多1个（2）给出就绪进程的个数最少0个，最多n-1个（3）给出等待进程的个数最少0个，最多n个系统中有n（n>1）个进程，在任一时刻，处于运行、就绪和等待状态的进程最多、最少各有几个？假设系统有m个CPU，则运行状态的进程最少0个，最多m个；就绪状态的进程最少0个，最多n-m个；等待状态的进程最少0个，最多n个。进程控制块的作用是什么？其主要内容有哪些？操作系统利用进程控制块来描述进程的基本情况以及进程的运行变化过程。进程控制块是进程存在的唯一标志，当系统创建一个进程时，为进程设置一个进程控制块，再利用进程控制块对进程进行控制和管理。撤销进程时，系统收回它的进程控制块，进程也随之消亡。进程控制块的内容可以分成调度信息和现场信息两大部分。调度信息供进程调度时使用，描述了进程当前所处的状况，它包括进程名、进程号、存储信息、优先级、当前状态、资源清单、“家族”关系、消息队列指针、进程队列指针和当前打开文件等。现场信息刻画了进程的运行情况，如程序状态字、时钟、界地址寄存器等等。进程能否修改访问自己的进程控制块内容？不能何谓与时间有关的错误？举例说明之。并发进程执行时一定会产生与时间有关的错误吗？为什么？并发程序中共享了公共变量，使得程序的计算结果与程序执行的顺序有关。这种错误由程序执行的顺序不同导致，与时间有关，所以把它称作与时间有关的错误。不一定会，一方面并发执行的程序有可能是无关进程，另一方面并发进程即使有相关进程，其执行也有多种可能，会存在按预期执行的情况发生。为什么要引入线程？线程和进程之间的区别和联系是什么？为了能使多个程序更好地并发执行，同时又尽量减少任务切换时系统的开销。进程是调度的基本单位而且还是独立分配资源的单位。如果能够把这两个基本单位的功能分开，那么就有可能实现进一步提高并发程度，同时又避免消耗过多的系统资源的目标。正是在这种思想的指导下，产生了线程的概念。联系：一个程序可以由多个进程共用，一个进程可以执行多个程序，进程存在的意义就是执行程序，进程可以看成程序在并发过程中的执行过程。区别：进程是动态的概念，程序是静态的概念；程序是指令代码的有序组合，进程是程序的执行过程，由程序、数据和进程控制块组成；进程是暂时的，程序是永久的；进程可以作为一个独立运行的单位，能与其他进程并发执行；程序不能在多道程序环境下独立运行；一个程序可以由多个进程共用，一个进程可以执行多个程序用进程概念说明操作系统的并发性和不确定性是怎样体现出来的？进程具有两个基本属性。首先，进程是一个可拥有资源的独立单位；其次，进程同时又是一个可以独立调度和分派的基本单位。正是由于进程具有这两个基本属性，才使之成为一个能独立运行的基本单位，从而也构成了进程并发执行的基础。并发性：一个进程可以同其他进程一道向前推进，即一个进程的第一个动作可以在另一个进程的最后一个动作结束之前就开始。不确定性：每个进程按照各自独立的、不可预知的速度向前推进。不同的执行顺序可能导致不同的结果，因此具有不确定性。PCB的作用是什么？它是怎样描述进程的动态性质的？概念及作用：PCB是进程控制快，它是进程组成中最关键的部分，包含进程的描述信息和控制信息，如进程名、进程状态信息、调度优先级、通信信息、资源需求等。是操作系统感知进程的存在，以及管理和控制进程执行的唯一依据。如何描述：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。进程的三个基本状态转换如图3-10所示。图中1，2，3，4表示某种类型的状态变迁，请分别回答下述问题：图3-10习题13（1）什么“事件”引起某一种类型的状态变迁？1：调度程序从就绪队列中选取一个进程执行时；2：正在执行的进程时间片用完；3：正在执行的进程因等待发生某事件而无法执行下去；4：当进程阻塞的原因解除。（2）系统中常常由于某一进程的状态变迁引起另一进程也产生状态变迁，试判断在下述情况下，如果有的话，将发生什么因果变迁？3→1，2→1，3→2，4→1，3→43→1：如果就绪队列非空，则当一个进程发生变迁3时，会立即引起另一个进程发生变迁1。2→1：当发生变迁2时，正在执行的进程从执行状态变为就绪状态，进程调度程序必然会从就绪队列中选取，即发生变迁1。3→2：当前执行进程从执行状态变为阻塞状态，不可能同时又从执行状态变为就绪状态,，没有因果变迁。4→1：一个进程从等待状态转换为就绪状态是因为等待的事件发生，不会导致其他进程状态发生改变，没有因果变迁。3→4：一个进程阻塞是因为进程自身原因，和其他进程无关，没有因果变迁。（3）在什么情况下，如果有的话，下述变迁中哪些将不立即引起其他变迁？1，2，3，44（4）引起进程状态发生变迁的根本原因是什么？进程具有动态性，在从创建到终止的全过程中一直处于一个不断变化的过程。试列举出进程状态转换的典型原因和引起进程调度的因素。就绪→运行：进程被调度程序选中运行→就绪：时间片用完运行→阻塞：等待某事件发生阻塞→就绪：等待的时间已经发生运行的进程用完了时间片；运行的进程等待某一事件开始阻塞在一个进程中使用多个线程有以下两个优点：（1）在一个已有进程中创建一个新线程比创建一个新进程所需的工作量少；（2）在同一个进程中的线程间的通信比较简单。请问，同一个进程中的两个线程间的模式切换与不同进程中的两个线程间的模式切换相比，所需的工作量是否要少？是，因为进程切换时需要保存更多状态信息。在比较用户级线程和内核级线程时曾指出用户级线程的一个缺点是，当一个用户级线程执行系统调用时，不仅这个线程被阻塞，进程中的所有线程都被阻塞。请问这是为什么？当用户进程调用一个系统调用时，要由用户态管态转入第二章中主要用“管态”及“目态”的描述，也解释了“用户态“及”内核态”，没有“核心态”的描述，建议全部采用“管态”及“目态”。核心态目态，用户进程将被封锁。当内核完成系统调用而返回时，才将该进程唤醒，继续执行。而在用户级线程调用一个系统调用时，由于内核并不知道有该用户级线程的存在，因而把系统调用看作是整个进程的行为，于是使该进程等待，而调度另一个进程执行。同样是在内核完成系统调用而返回的，进程才能继续执行。如果系统中设置的是内核支持线程，则调度是以线程为单位。当一个线程调用一个系统调用时，内核把系统调用只看作是该线程的行为，因而封锁该线程，于是可以再调度该进程中的其他线程执行。第二章中主要用“管态”及“目态”的描述，也解释了“用户态“及”内核态”，没有“核心态”的描述，建议全部采用“管态”及“目态”。考虑这样一个环境，用户级线程和内核级线程呈一对一的映射关系，并且允许进程中的一个或多个线程产生会引发阻塞的系