操作系统原理 习题及答案（机工孟庆昌第2版）

操作系统原理（第2版）习题参考答案

习题1

1.计算机系统主要由哪些部分组成？

答：通常，一个完整的计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的。

2.解释以下术语：硬件、软件、特权指令、核心态、用户态、多道程序设计、操作系

统、分时、实时、并发、并行、吞吐量、系统调用、纯码

答：硬件一一是指计算机物理装置本身，它是计算机软件运行的基础。

软件一一是与计算机系统操作有关的计算机程序、过程、规则以及相关的文档资料的总

称。

特权指令一一计算机的指令集中一类具有特殊权限的指令，只用于操作系统或其他系统

软件，一般普通用户不能直接使用。它主要用于系统资源的分配和管理。

核心态一一是处理机的一种运行模式。当执行操作系统程序时，处理机处于核心态。它

有较高的特权，可以执行所有的指令，包括一般用户程序中不能使用的特权指令，从而能对

所有寄存器和内存进行访问、启动I/O操作等。

用户态一一是处理机的一种运行模式。用户程序是在用户态下执行，它的权限较低，只

能执行指令集中非特权指令。

多道程序设计一一内存中同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替地执行。这些作

业共享CPU和系统中的其他资源。

操作系统一一是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运

行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。

分时——是对时间的共享。在分时系统中，分时主要是指若干并发程序对CPU时间的共享。

实时一表示"及时”或“即时”。

并发——是指两个或多个活动在同一•给定的时间间隔中进行。它是宏观上的概念。

并行一一是指两个或多个活动在同一时刻进行。

吞吐量——在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量。

系统调用一是用户在程序中能以“函数调用”形式调用的、由操作系统提供的子功能

的集合。每一个子功能称做一条系统调用命令。它是操作系统对外的接口，是用户级程序取

得操作系统服务的唯一途径。

纯码一一是指在执行过程中，本身不作任何变化的代码，通常是由指令和常数组成的。

3.什么是操作系统（OS）?它的主要功能是什么？

答：操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运

行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。

操作系统应具备的五大基本功能，即存储管理、进程和处理机管理、文件管理、设备管

理、用户接口。

4.操作系统主要有哪三种基本类型？各有什么特点？

答：传统上说，最基本的类型有三种，即多道批处理系统、分时系统和实时系统。

批处理系统有两个特点：一是“多道”，二是“成批”。

分时系统的特点是：同时性：若干用户可同时上机使用计算机系统；交互性：用户能方

便地与系统进行人一机对话；独立性：系统中各用户可以彼此独立地操作，互不干扰或破坏;

及时性；用户能在很短时间内得到系统的响应.

实时系统的特点是：对时间的严格限制和对可靠性的严格要求。

5.操作系统的基本特征是什么？

答：操作系统的基本特征是：并发、共享、异步性和抽象性。

6.何谓脱机I/O和联机I/O?

答：脱机I/。是指输入/输出工作不受主机直接控制.而由卫星机专门负责完成I/O,主

机专门完成快速计算任务，从而二者可以并行操作。

联机I/O是指作业的输入、调入内存及结果的输出都在CPU直接控制下进行。

7.操作系统一般为用户提供了哪三种接口？各有什么特点？

答：现代操作系统通常向用户提供如下三种类型的接口：程序接口=命令行接口和图

形用户接口。

程序接口的特点：①它是程序一级的接口，也称系统调用或者广义指令，是操作系统内

核与用户程序、应用程序之间的接II;②它位于操作系统内核的最高层，并且只能在核心态

下执行；③在UNIX/Linux系统中，系统调用以C函数的形式出现。

命令行接口的特点：①它是操作系统与用户的交互界面：②在提示符之后用户从键盘上

输入命令，命令解释程序接收并解释这些命令，然后把它们传递给操作系统内部的程序，执

行相应的功能；③这些命令及其解释程序都在用户态下运行，需要操作系统内核提供服务；

④在UNIX/Linux系统中，称其为shell。

图形用户接口通常称作图形用户界面（简称图形界面）。其特点是：①它是用户上机最宜

观、方便的工具；②利用鼠标、窗I」、菜单、图标等图形界面工具，可以有效地使用系统服

务和各种应用程序及实用工具；③它是核外的用户接口程序，在用户态下运行。

8.操作系统主要有哪些类型的体系结构？

答：一般说来，操作系统主要有以下体系结构，即：单体结构,一层次结构虚拟机结

构、微内核结构和客户■服务器结构。

9.多道程序设计的主要特点是什么？

答：多道程序设计的主要特点是：

①多道-内存中同时存放两道或两道以上的程序，它们共享CPU和系统中的其他资源。

②宏观上开行一在一个时间段内，多个作业都在同时运行。

③微观上串行一在某一个时刻，只有一道作业真正在CPU上运行，即：各作业都在管

理程序的控制下在一台计算机上交替地执行。

10.系统初启的一般过程是什么？

答：一般初启过程分为硬件检测、加载引导程序、列始化内核和实现用户登录等阶段。

11.在计算机系统中操作系统处于什么地位？

答：操作系统是裸机之上的第一层软件，它只在核心态模式下运行，受硬件保护，与硬

件关系尤为密切。操作系统是整个计算机系统的控制管理中心，其他所有软件都建立在操作

系统之上。操作系统对它们既具有支配权力，又为其运行建造必备环境。

12.什么是处理机的核心态和用户态？为什么要设置这两种不同的状态？

答：当执行操作系统程序时，处理机处于核心态。它有较高的特权，可以执行所有的指

令，包括一般用户程序中不能使用的特权指令，从而能对所有寄存器和内存进行访问、启动

I/O操作等。

用户程序是在用户态下执行，它的权限较低，只能执行指令集中非特权指令。

设置这两种不同状态的目的是为了保护操作系统程序（特别是其内核部分），防止受到

用户程序的损害。

13.下列哪些指令应该只在核心态下执行？

①屏蔽所有中断

②读时钟日期

③设置时钟日期

@改变指令地址寄存器的内容

⑤启动打印

⑥清内存

答：只在核心态下执行的指令有：①屏蔽所有中断。③设置时钟日期。⑤启动打印机。

⑥清内存。

14.设计实时操作系统必须首先考虑的因素是什么？

答：实时系统的一个重要特征就是对时间的严格限制和要求。实时系统的首要任务是调

度一切可利用的资源完成实时控制任务，其次才着眼F提高计算机系统的使用效率。所以，

设计实时操作系统必须首先考虑处理各种事件的时间限制。

15.你熟悉哪些操作系统？想一想你在使用计算机过程中，操作系统如何提供服务？

答：（个人发挥）通常，大家会熟悉以下操作系统：Windows,UNIX或Linux

使用计算机过程中，操作系统为用户提供的服务包括：命令和数据输入/输出的管理，

内存的分配，用户文件的管理，CPU的分配，设备管理等。

16.设计操作系统时采用层次结构有什么好处？

答：①结构关系清晰，提高系统的可靠性和安全性。②各层模块的功能明确，提高系统

的可扩充性和可移植性。③各层间具有单向依赖性，增强系统的可维炉性。④符合软件工程

的思想，便于实施研制开发。

17.一个分层结构的计算机系统由裸机，用户，CPU调度和P、V操作，文件系统，作业

管理，内存管理，设备管理，命令管理等部分组成。试按层次结构的原则从外至内将它们重

新排列。

答：按层次结构的原则从外至内重新排列的顺序应是：用户，命令管理，作业管理，文

件系统，内存管理，设备管理，CPU调度和P、V操作，裸机。

18.UNIX系统属于哪和类型的操作系统？其核心结构是怎样的？

答：UNIX是当代最著名的多用户、多进程、多任务分时操作系统。

UNIX系统可分为三层：靠近硬件的底层是内核，即UNIX操作系统常驻内存部分；核

心外的中间层是shell层；最高层是应用层。

UNIXS_5（BPsystemV）的核心结构如本书图1-14所示（略）。

19.采用虚拟机结构的操作系统其主要优点和缺点是什么？

答：虚拟机结构的操作系统其主要优点是：①实现对裸机的更用，可以有多个不同的操

作系统运行在同一物理硬件机器之上；②提供一个比裸机有更方便扩展界面的计算机；③支

持多道程序处理能力。④多个不同操作系统的应用程序可以同时运行在同•裸机之上，是研

究操作系统技术的理想平台。

其主要缺点是：①实现比较困难。要实现对底层硬件所有特性的完全模拟是相当困难的。

②由于应用程序运行在各自的操作系统之上，因此，系统运行性能受到影响。

20.采用微内核模式设计系统的主要优点是什么？

答：①精减核心的功能，提供了一种简单的高度模块化的体系结构，提高了系统设计及

使用的灵活性。②可移植性好。所有与具体机器特征相关的代码，全部隔离在微内核中。③

可伸缩性好。操作系统能方便地进行定制、犷充或缩减，以适应硬件的快速更新和应用需求

的不断变化。④实时性好。微内核可以方便地支持实时处理。⑤提供多线程机制，支持多处

理器的体系结构和分布式系统及计算机网络。⑥系统安全性好。传统的操作系统将安全性功

能建立在内核之外，因而它并不是很安全的。而微内核则将安全性作为系统内特性来进行设

计。

进程程序

进程是动态概念程序是爵态概念

进程具仃并发性.宏观上同时运行程序本身具有顺序性,程序的并发执行是通过进程实现的

进程具有独立性，是一个能独立运行的单位，是系统资源分

程序本身没有此特性

配的基本单位,是运行调度的基本单位

程序和进程无一一对应关系，一个进程可顺序执行多个程序一个程序可由多个进程共用

进程异步前进，公相互制约程序不具备此特性

然而，进程与程序之间存在密切关系，进程的功能是通过程序的运行得以实现的，进程

活动的主体是程序。进程不能脱离开具体程序而独自存在。

进程的基本特征是：①动态性②并发性③调度性④异步性⑤结构性。

3.PCB的作用是什么？它是怎样描述进程的动态性质的？

答：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，该进程的状态包括运行态、就绪态和阻塞态,它利用状

态信息来描述进程的动态性质。

4.进程的基本状态有哪几种？试描绘进程状态转换图。

答：(见本书P39)

5.进程进入临界区的调度原则是什么？

答：(见本书P65-66)

6.用如图2-38所示的进程状态转换图能够说明

有关处理机管理的大量内容。试回答：

①什么事件引起每次显著的状态变迁？

②下述状态变迂因果关系能否发生？为什

么？

(A)2一1(B)3.2(C)4Tl

答：①就绪一运行：CPU空闲，就绪态进程被

调度程序选中。

运行一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。

阻塞一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。

运行f就绪正在运行的进程用完了本次分配给它的CPU时间片。

②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,不行。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定态，

就不能再变为就绪态。

(C)4-l,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。

7.PCB表的组织方式主要有哪几种？分别简要说明。

答：(见本书P43-44)

8.简述信号量的定义和作用。P、V操作原语是如何定义的？

答：信号量是协调相关进程活动的一种设施。一般信号量是由两个成员组成的数据结构:

一个成员是整型变量，表示该信号量的值；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，山信号量的指针项指出该队列的头。

利用信号量和相应操作可以解决多个进程的互斥和同步问题。

（有关P、v操作原语的定义，参见本书P69-70。）

9.N个进程共享某一临界资源，则互斥信号量的取值范围为o

a.0~1b.-l-0c.1--（N-I）d.0--（N-l）

答：co由于互斥信号量的初值是1,而另一极端情况是某一个进程在访问临界资源，

其余NT个进程处于阻塞状态，此时信号量的值为-（NT）。

10.简述线程与进程的关系。

答：（参见本书P61；

11.实现线程主要由哪两种方式？各有何优缺点？

答：（参见本书P61-62）

12.管程由哪些部分组成？有什么基本特性？

答：（参见本书P86）

13.计算机系统中产生死锁的根本原因是什么？

答：产生死锁的根本原因是资源有限且操作不当。

14.产生死锁的四个必要条件是什么？一般对待死钺的方法有哪三种？

答：发生死锁的四个必要条件是：互斥条件、不可抢占条件、占有且申请条件和环路等

待条件。

解决死锁的一般方法有：死锁的预防、死锁的避免、死锁的检测与恢复等二种。

15.死锁预防的基本思想是什么？

答：死锁预防的基本思想是：要求进程申请资源时遵循某种协议，从而打破产生死锁的

4个必要条件中的一个或几个（互斥条件不能被破坏），保证系统不会进入死锁状态。

16.死锁避免的基本思想是什么？

答：死锁避免的基本思想是：对进程所发出的每一个申请资源命令加以动态地检查，并

根据检查结果决定是否进行资源分配。就是说，在资源分配过程中若预测有发生死锁的可能

性，则加以避免。这种方法的关键是确定资源分配的安全性。

17.什么是进程的安全序列？何谓系统是安全的？

答：（参见本书P93）

18.死锁预防的有效方法是什么？死锁避免的著名算法是什么？

答：死锁预防的有效方法是：资源有序分配策略一分类编号，按序分配。

死锁避免的著名算法是银行家算法。

19.死锁、"饥饿’’和活锁之间的主要差别是什么？

答：①死锁是一种僵局，在无外力干预下，处于死锁状态的全部进程都不能前进，即它

们都处于阻塞态，可能造成整个系统瘫痪；而现饥饿时系统照常运行，只是某个或某几个

进程永远也不能得到所需的全部服务；处于活锁的进程是在不断的改变状态，并未被封锁，

是可以“活动”的，活锁有可能自行解开，死锁则不能。

②造成死锁的根本原因是资源有限且使用不当；造成饥饿的原因是资源分配策略或调度

策略不合适，如果采用先来先服务的资源分配策略就可以避免饥饿；造成活锁的原因是进程

在轮询地等待某个不可能为真的条件为真。

③发生死锁时，一定至少有一个资源被无限期地占用而得不到释放；而饥饿出现时，系

统中的每个资源占有者都在有限的时间内释放它所占用的资源。活锁是忙式等待，占用CPU

且不会主动让出CPU。

20.在生产者-消费者问题中，如果对调生产者（或消费者）进程中的两个P操作和两

个V操作的次序，会发生什么情况？试说明之。

答：在生产者-消费者问题中，如果对调生产者进程中的两个P操作，形如：

生产者进程Producer：

while(TRUE){

P(mutcx);

P(empty);

V(mutex);

V(full);

)

当缓冲区全满时，只要有一个生产者进程试图进入临界区，并在empty信号量上阻塞，

所有消费者进程都无法进入自己的临界区(在信号量mutex上阻塞)，从而无法使该生产者

进程醒来。于是，所有生产者进程和消费者进程都无限期地处于阻塞状态，从而出现死锁。

然而，如果对调生产者进程中的两个V操作，并不出现任何故障，只是从进程退出临

界区的角度考虑，应越快越好。

如果对调消费者进程中的两个P操作，也会产生同群的死锁问题。

21.高级进程通信有哪几类？各自如何实现进程间通信？

答：(参见本书P78-79)

22.是否所有的共享资源都是临界资源？为什么？

答：不足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。

23.系统中只有一台打印机，有三个用户的程序在执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。

答：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，即一个川

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,如图1所示。设一个互斥信号量为mutex,其初值为1。

A进程B进程C进程

P(mutex)P(mutex)P(mutex)

使用打印机使用打印机使用打印机

V(mutex)V(mutcx)V(mutcx)

图I

24.判断下列同步问勉的算法是否正确？若有错，请指出错误原因并予以改正。

①设A,B两个进程共用一个缓冲区Q,A向Q写入信息，B从Q读出信息，算法框

图如图2-39所示。

②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

2-40所示。

进程A进程B进程A进程B

信号费SLS2的初值均为0

信号量$的初值为0

图2-39进程A,B的算法框图图2-40两个并发进程临界区的算法框图

答：①这个算法不对，因为A,B两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—缓冲区Q

为空，初值为1。full——缓冲区Q为满，初值为0。

算法框图如图2所示。

②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A先B后的时序关系，而是哪个进程先到

•步就先进入自口的临界区。

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：互斥信号量为mutex,

其初值为算法框图如图3所示。

A进程B进程A进程B进程

P(empty)P(full)P(mutex)P(mutex)

向Q写入植息

从Q中读出信息临界区代码CSa临界区代码CSb

V(fiill)V；empty)V(mutex)V(mutex)

图2图3

25.设有一台计算机，有两条I/O通道，分别接一台卡片输入机和一台打印机。卡片机

把一叠卡片逐一揄入到缓冲区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：

①系统要设几个进程来完成这个任务？各自的工作是什么？

②这些进程间有什么样的相互制约关系？

③用P、V操作写出这些进程的同步算法。

答：①如图4所示，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C进程P进程

P(Blempty)P(Blfull)P(B2full)

输入信息写入缓冲区Bl从Bl中取出信息从B2中取出信息进行打印

V(Blfull)V(Blempty)V(B2cmpty)

P(B2empty)

加工信息

结果送入B2

V(B2ftill)

图4

②R进程受C进程影响，B1放满信息后R进程要等待，等到C进程将其中信息全部取

走，才能继续读入信息；C进程受R进程和P进程的约束，BI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。

③信号量含义及初值：Blfull——缓冲区BI满，初值为0。Blempty——缓冲区B1空，

初值为1。B2full——线冲区B2满，初值为0。B2empty——缓冲区B2空，初值为1。

同步算法如图4所示。

26.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：

①缓冲区是环形的，最多可容纳〃个信息；

②缓冲区是无穷大的。

试分别回答下列问题：

①输入、输出两组进程读/写缓冲区需要什么条件？

②用P、V操作写出榆入、输出两组进程的同步算去，并给出信号量含义及初值。

答；(1)①输入、输出两组进程读/写缓冲区需要的条件是；

­所有进程都要互斥使用缓冲区。

•所有输入进程连续写入缓冲区的个数不能超过缓冲区的总容量(n)o

•输出进程不能超前输入进程。

②设置三个信号量：

full—放有信息的缓冲区数，其初值为0。

empty——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，即保证任何时候只有一

个进程使用缓冲区。

两个计数变量：in和。ut分别是输入进程和输出进程使用的计数量，衣示下面使用的缓

冲区编号，初值都是0。

输入进程：输出进程：

while(TRUE)(while(TRLE)(

P(empty);P(full);

P(mutex);P(mutex);

信息送往buffer(in):从bufiier(out)中取出信息

in=(in+1)modn;/*以n为模*/out=(out+1)»nodn;/*以n为模*/

V(mutex);V(mu.ex);

V(full);V(cmpty);

)

（2）①输入、输出两组进程读/写缓冲区需要的条件是所有进程都要互斥使用缓冲区;

输出进程不能超前输入进程。

②信号量：full——缓冲区满的情况，初值为0。mutex-----互斥信号量，初值为1。

计数器：i=0,j=0（i,j分别为输入进程和输出进程使用的缓冲区号码）。

输入进程：输出进程：

while(TRUE){while(TRUE){

P(mutex);P(full);

信息送往buffer(i);P(mutex);

i=i+l;从hif¥er（j）中取出信息；

V(mutex);j=j+l；

V(full);V(mutex);

})

27.假定一个阅览室最多可容纳100人，读者进入和离开阅览室时都必须在阅览室门口

的一张登记表上做标识（进入时登记，离开时去掉登记项），而且每次只允许一人登记或去

掉登记。问:

①应编写几个程序完成此项工作？程序的主要动作是什么？应设置几个进程？进程与

程序间的对应关系如何？

②用P、V操作写出这些进程的同步通信关系。

答：①完成此项工作可编写一个或两个程序（函数），要求：

每个读者对应一个进程。

每个读省的动作包括：

,入室前查表、登记---register（）o

­进入室内，阅读书籍。

,出室时删除登记项----delete（）。

进程是程序的一次执行过程，程序和进程无一一对应关系。

②信号量：

S——座位情况，初值为100o

mutex----互斥使用登记表，初值为1。

下面给出两种解决方案：

第一种方案（仅一个程序）第二种方案（3个困数）

每位读者进程typedefintsemaphore;

Isemaphores=IOO:

P(S)semaphoremutex=I;

P(mutex)voidmain()

查表，登记

V(mutex)regisler():

入室，阅读rcading();

P(mutcx)dclete();

出室查表，删除登记项

V(mutex)voidregister)

V(S)(

P(S);

P(mutex);

Check_regisier();

V(mutex);

}

voiddelctc()

{

P(mutcx);

Check_delete();

V(mutex);

V(S);

)

28.在一个飞机订票系统中，多个用户共享一个数据库。各用户可以同时查询信息，若

有一个用户要订票，需更新数据库时，其余所有用户都不可以访问数据库。请用P、V操作

设计一个同步算法，实现用户查询与订票功能。要求：当一个用户订票而需要更新数据库时,

不能因不断有查询者到来而使其长时间等待。利用信号量机制保证其正常执行。

答：本题是典型的读者-写者问题。查询信息的用户是读者，订票用户是写者，并且要

求写者优先。

【解法1】读者-写者按先后顺序交叉访问数据库，如图5所示。

读者进程写者进程

P⑸P(S)

P(Src)P(Sw)

rc=rc+1更新数据库内容

iRrc==l)P(Sw)V(Sw)

V(Src)V(S)

V(S)

查询库中信息

P(Src)

iv-ic-l

if(rc==O)V(Sw)

V(Src)

图5

计数变量：rc——正在运行的查询者进程数目，初值为0。

信号量：Sw——控制订票者进程的活动，初值为1。

Src—互斥使用rc变量，初值为L

S——当订票者到达时封锁后续的读进程，初值为1。

【解法2】保证写者优先于读者，即一旦有写者到达时，则新读者要等待。

信号量：

rmutex一一当至少有一个写者到达时，阻止所有读者访问的互斥操作信号量，初值为1。

wmutex——写者间以及读者与写者间互斥操作信号量，初值为1。

x------控制rcadcount变量修改的互斥信号量，初值为1。

y------控制writecount变量修改的互斥信号量，初值为1。

z——有写者时，只允许一个读者在rmutex上排队，其他读者在信号量z上排队，初值

为1。

计数变量：

readcount-----读者计数器，初值为0。它控制对wmutex的设置。

writecount------写者数目，初值为0。它控制对rmutex的设置。

读者进程写者进程

while(TRUE){while(TRUE){

P(z)；P(y);

P(rmutex);writecount++;

P(x);if(writecount==1)

iciukuun.++,P(llllUlVA),

if(readcount==1)V(y);

P(wmulex);P(wmulcx);

V(x);执行写操作

V(nnutex);V(wmutex);

Mz);p(y);

执行读操作wntccount

P(x):if(writecount==0)

readcoun:—;V(rmutex);

if(readcount==0)V(y);

V(umutex);)

V(x);

)

29.某高校计算机系开设网络课，安排了上机实习。假设机房共有2m台机器，有2n

名学生选该课，规定：

①每两个学生为一组，各占一台机器，协同完成上机实习。

②只有一组两个学生都到齐，并且此时机房有空用机器时，该组学生才能进入机房。

③上机实习由一名教师检查，检查完毕，一组学生同时离开机房。试用P、V操作模拟

上机实习过程。

答：除学生进程、教师进程外，为保证系统控制流程，需另设一个监控进程，用于控制

学生的进入和计算机的分配，如图6所示。

信号量：

student------学生到达情况，初值为0。

computer-----计算机分配情况，初值为2m。

entei-能否进入机房情况，初值为0。

finish—学生完成情况，初值为0。

check——检查工作完成情况，初值为0。

学生进程教师进程监控进程

V(student)

P(compnter)P(finish)P(student)

P(enter)P(finish)P(student)

与伙伴一起实习检查学生实习筲况V(entcr)

V(flnish)V(check)V(cntcr)

P(chcck)V(check)

V(computcr)

图6

30.用P、V操作实现本书2.6节介绍的哲学家进卷问题的第2种解法，即：仅当某哲

学家面前的左、右两支筷子均可用时，才允许他拿起筷子。

答：用P、V操作实现本书2.6节介绍的哲学家进餐问题的第2种解法，即：仅当某哲

学家面前的左、右两支筷子均可用时，才允许他拿起筷子。

设立一个整型数组state,用来保存各位哲学家的状况：进餐（EATING）、思考

（THINKING）或者饥饿（HUNGRY,想拿筷子）。一位哲学家仅当其左右邻座都不进餐

时，他才能进餐。第i位哲学家的两位邻座由宏LEFT和RIGHT定义：如果i是2,则LEFT

是1,RIGHT是3。

程序中使用一个信号量数组S,每位哲学家对应其口一个元素（初值为0）。如果感到

饥饿的哲学家所用的筷子正被别人占用着，他就等待（阻塞）。注意，每个进程都从主代码

philosopher开始执行。

#defineN5

#defineLEFT(i+N-l)%N

#defineRIGHT(i+l)%N

#dcfincTHINKING0

#defineHUNGRYI

#defineEATING2

typedefstruct{/*定义结构型信号量*/

intvalue;

structPCB*list;

}semaphore;

intstate[N];

semaphoremu(ex=I;/*互斥进入临界区*/

semaphores[N];/*每位哲学家一个信号量*/

voidphilosopher(inti)

while(TRl'E){

think();/*哲学家在思考问题*/

take_chopstick(i);/*拿到两根筷子或者等待*/

eat();/*进餐*/

put_chcpstick(i);/*把筷子放回原处*/

}

}

voidlake_chopsuck(inti)

[

P(mutex);

state[i]=HLNGRY;

test(i);/*试图拿两根筷子*/

V(mutex);

P(s[iJ)；

voidput_chopstick(inti)

{

P(mutex);

state[i]=THINKING;

tcsKLEFT):/*查看左邻，现在能否进餐*/

tcst(RIGHT);/*查看右邻，现在能否进餐*/

V(mu(ex);

I

voidtest(inti)

{

if(state[i]==HUNGRY&&state[LEFT]!=EATING&&sta(e[RIGHT]!=EATING){

state(il=EATING;

V(s[i]):

)

31.某个计算机系统有10台可用磁带机。在这个系统上运行的所有作业最多要求4台

磁带机。此外，这些作业在开始运行的很长一段时间内只要求3台磁带机；它们只在自己工

作接近结束时才短时间地要求另一台磁带机。这些作业是连续不断地到来的。

①若作业调度策略是静态分配资源，满足后方可运行。那么，能同时运行的最大作业

数是多少？作为这种策略的后果，实际上空闲的磁带机最少是几台？最多是几台？

②若采用银行家算法将怎样进行调度？能够同时运行的最大作业数足多少？作为其

后果，实际上空闲的磁带机最少和最多各是多少台？

答：①能同时运行的最大作业数是2,实际上空闲的磁带机最少是2台，最多是4台。

②作业对磁带机资源提出请求时，系统判断：若分配的话，系统是否仍处于安全状态。

在3个作业各分到3台磁带机的情况下，系统仍然是安全的。所以，能同时运行的最大作业

数是3,实际上空闲的磁带机最少和最多台数各是0和I。

32.设有三个进程P1,P1,P3,各按如下所示顺序执行程序代码：

进程P1进程P2进程P3

P(s1)P(s3)P(s2)

P(s2)P(s1)P(s3)

V(s1)V(s3)V(s2)

V(s2)V(s1)V(s3)

其中s1,s2,s3是信号量，且初值均为1.

在执行时能否产生死锁？如果可能产生死锁，请说明在什么情况下产生死锁？并绐出一

个防止死锁产生的修改办法。

答：可能产生死锁。因为当进程P1执行P(sl),进程P2执行P(s3),进程P3执行P(s2)

后，三个资源(即信号量sl,s2,s3)被三个进程分别占用，接下来任何一个进程都无法得到

所申请的资源，于是都无限地循环等待，造成死锁。

一个防止死锁产生的办法是：进程申请信号量时，按序申请。如图7所示

进程Pl进程P2进程P3

II1

P(sl)P(sl)P(s2)

P(s2)P(s3)P(s3)

V(sl)V(sl)V(s2)

V(s2)V(s3)V(s3)

图7

33.考虑由〃个进程共享的具有m个同类资源的系统，如果对/=1,2,…，n,有Need,，

>0,并且所有最大需求量之和小于府〃，试证明：该系统不会产生死锁。

答：设每个进程对共享资源的最大需求量为max(0VmaxW〃?)，由于每个进程最多申请

使用max个资源，在最坏的情况下，每个进程都得到(max-1)个资源，并且都需要申请最后

一个资源v此时，系统剩余的资源为只要系统还有一个资源可用，就可以使

其中的•个进程获得所需的全部资源。进而该进程运行结束后，释放出它占用的资源，供其

他进程使用，从而所有的进程都可以运行完成。就是说，当〃L〃(max-l)2l时，系统不会

发生死锁。整理该不等式,得到如下关系：〃XmaxW(m+1),所以，〃XmaxWm+〃。从而

证明〃个进程所有最大需求量之和小于时，该系统不会产生死锁。

34.设系统中有三种类型的资源(4B,。和五个进程(月，月，月，PA,只)，4资源的

数量为17,8资源的数量为5,C资源的数量为20。在心时刻系统状态如表270所示。系

统采用银行家算法来避免死锁。

①7；时刻是否为安全状态？若是，请给出安全序列。

②在石时刻，若进程月请求资源(0,3,4),能否实现资源分配？为什么？

③在②的基础上，若进程月请求资源(2,0,1),能否实现资源分配？为什么？

④在③的基础上，若进程月请求资源(0,2,0),能否实现资源分配？为什么？

表2-10万时刻系统状态

最大瓷箱需求量已分配波源数量系统利余资源数量

进程

ABCABcABC

p、559212233

536402

p4011405

A425204

P424314

答：①71）时刻是安全状态，因为存在一个安全序列｛〃4，P5，P1，P2，P3｝。

②不能实现资源分配，因为所剩余的资源数量不够。

③可以分配。当分配完成后，系统剩余的资源向量为（0,3,2）,这时，仍可找到一个

安全序列（PA,P5,pi,P2,P3｝o

④不能分配。如果分配的话，则系统剩余的资源向最为（0,I,2）,这时无法找到一个

安全序列c

习题3

1.解释以下术语：作业调度、进程调度、周转时间、平均周转时间、响应时间、中断、

中断源、中断请求、中断向量

答：作业调度一是根据一定的算法，从输入的一批伶业中选出若干个作业，分配必要的

资源，如内存、外设等，为它建立相应的用户作业进程和为其服务的系统进程（如输入、输

出进程），最后把它们的程序和数据调入内存，等待进程调度程序对其执行调度，并在作业

完成后作善后处理工作。

进程调度一是根据一定的算法将CPU分派给就绪队列中的一个进程。

周转时间一从作业提交到作业完成的时间间隔。

平均周转时间一系统中n个作业周转时间的算术平均值。

响应时间一从提交第一个请求到产生第一个响应所用的时间。

中断--是指CPU对系统发生的某个事件作出的一种反应，CPU暂停正在执行的程序，保

留现场后自动地执行相应的处理程序，处理完该事件后，如被中断进程的优先级最高，则返

回断点继续执行被“打断”的程序。

中断源一引起中断的事件或发出中断请求的来源称为中断源。

中断请求一中断源向CPU提出进行处理的请求。

中断向量一中断向量表的表项,通常包括相应中断处理程序入口地址和中断处理时处理

机状态字PSW。

2.处理机调度的主要目的是什么？

答：处理机调度的主要目的就是为了分配处理机，处理机分配由调度和分派两个功能组

成。

3.高级调度与低级调度的主要功能是什么？为什么要引入中级调度？

答：高级调度的主要力能是根据一定的算法，从输入的一批作业中选出若干作业，分配

必要的资源，如内存、外设等，为它建立相应的用户作业进程和为其服务的系统进程（如输

入/输出进程），最后把它们的程序和数据调入内存，等待进程调度程序对其执行调度，并在

作业完成后做善后处理工作。

低级调度的主要功能是根据一定的算法将CPU分派给就绪队列中的一个进程。

为了使内存中同时存放的进程数目不至于太多，有时需要把某些进程从内存移到外存

上，以减少多道程序的数目，为此设立了中级调度。引入中级调度的主要目的是为了提高内

存的利用率和系统吞吐量，它实际上就是存储管理中的对换功能。

4.处理机调度一般分为哪三级？其中哪一级调度必不可少？为什么？

答：处理机调度般分为三级调度：高级调度（又称作业调度）、中级调度和低级调度

（又称进程调度）。

其中，进程调度必不可少。

CPU是计算机最主要的资源。进程只有在得到CPU之后才能真正活动起来，所有就绪进

程经由进程调度才能获得CPU的控制权。实际上，进程调度完成一台物理的CPU转变成多台

虚拟（或逻辑）的CPU的工作；进程调度的实现策略往往决定了操作系统的类型，其算法优

劣直接影响整个系统的性能。

5.作业在其存在过程中分为哪四种状态？

作业在其存在过程中分为提交、后备、执行和完成4种状态。

6.在OS中，引起进程调度的主要因素有哪些？

答：一般说来，当发生以下事件后要执行进程调度：正在运行的进程任务完成，或等待

资源，或运行到时，或核心发现系统中“重新调度”标志被置上。

7.作业调度与进程调度二者间如何协调工作？

答：作业调度从外存的后备队列中选择一批作业调入内存，为它们创建进程，这些进程

被送入就绪队列。进程调