《課后習(xí)題解答》PPT課件.ppt

第二章 課后習(xí)題解答,第2章 進(jìn)程管理,1,1操作系統(tǒng)為什么要引入進(jìn)程的概念？ 【解答】程序在并發(fā)執(zhí)行方式下，運(yùn)行時(shí)具有異步性的特征。這樣，就需要一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)PCB來(lái)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(gè)完整的實(shí)體，就是進(jìn)程實(shí)體。進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，引入進(jìn)程的概念，便于操作系統(tǒng)對(duì)于程序的運(yùn)行進(jìn)行控制。,2試比較進(jìn)程和程序的區(qū)別。 【解答】進(jìn)程和程序之間存在著密切的聯(lián)系，但它們是兩個(gè)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(zhǎng)期保存著；而進(jìn)程則是程序的一次執(zhí)行過(guò)程。它是動(dòng)態(tài)的概念。 （2）進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的單位，能與其它進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行。進(jìn)程是作為資源申請(qǐng)和調(diào)度單位存在的；而通常的程序是不能作為一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的單位而并發(fā)執(zhí)行的。 （3）程序和進(jìn)程無(wú)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。一個(gè)程序可由多個(gè)進(jìn)程共用；另一方面，一個(gè)進(jìn)程在其活動(dòng)中又可順序地執(zhí)行若干個(gè)程序。一個(gè)程序，運(yùn)行一次，便創(chuàng)建了一個(gè)進(jìn)程；同一個(gè)程序，若運(yùn)行十次，就產(chǎn)生了十個(gè)進(jìn)程。 （4）各個(gè)進(jìn)程在并發(fā)執(zhí)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生相互制約關(guān)系，造成各自前進(jìn)速度的不可預(yù)測(cè)性。而程序本身是靜態(tài)的，不存在這種異步特征。,第2章 進(jìn)程管理,2,3程序并發(fā)執(zhí)行，為什么會(huì)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(gè)進(jìn)程共享系統(tǒng)中的資源，這些資源是否被使用，及每一時(shí)刻由哪個(gè)進(jìn)程使用，將由多個(gè)進(jìn)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(gè)進(jìn)程的執(zhí)行必然受到其它進(jìn)程的影響。 由于進(jìn)程在并發(fā)執(zhí)行的過(guò)程中失去了封閉性，當(dāng)下一次再運(yùn)行該程序時(shí)，系統(tǒng)中存在的進(jìn)程及各進(jìn)程的狀態(tài)都可能發(fā)生變化，導(dǎo)致進(jìn)程的執(zhí)行失去可再現(xiàn)性。 4什么叫進(jìn)程的并發(fā)性？試舉一個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的例子。 【解答】多個(gè)進(jìn)程在同一時(shí)間間隔內(nèi)同時(shí)發(fā)生，叫做進(jìn)程的并發(fā)性。 例如：我們?cè)贚inux系統(tǒng)下使用編輯器vi進(jìn)行編輯，而此時(shí)系統(tǒng)正在后臺(tái)運(yùn)行一個(gè)編譯程序，此時(shí)，兩個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行。,第2章 進(jìn)程管理,3,5舉一個(gè)例子，說(shuō)明一個(gè)程序可能同時(shí)屬于多個(gè)進(jìn)程。 【解答】例如：超市的收銀系統(tǒng)。在每個(gè)終端上，收銀員在運(yùn)行收款程序，因此每個(gè)收銀員都在執(zhí)行一個(gè)進(jìn)程。超市里同時(shí)有很多收款終端，同一個(gè)程序被并發(fā)執(zhí)行多次，造成了多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行。 6試說(shuō)明PCB的作用,為什么說(shuō)PCB是進(jìn)程存在的惟一標(biāo)志？ 【解答】PCB的作用是：在一個(gè)在多道程序環(huán)境下，集中反映了一個(gè)進(jìn)程的動(dòng)態(tài)特征。在進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行時(shí)，由于資源共享，帶來(lái)各進(jìn)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(duì)進(jìn)程實(shí)施有效的管理和控制。 PCB是進(jìn)程實(shí)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(jìn)程所需的運(yùn)行信息和控制信息，系統(tǒng)在創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)，首先創(chuàng)建PCB，然后通過(guò)PCB感知進(jìn)程的存在，進(jìn)程在被撤消時(shí)，PCB也隨之被撤消。因此，PCB是進(jìn)程存在的惟一標(biāo)志。,第2章 進(jìn)程管理,4,7說(shuō)明進(jìn)程由哪幾部分構(gòu)成？ 【解答】進(jìn)程實(shí)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(chēng)為“進(jìn)程映像”。 8什么叫臨界區(qū)？為什么進(jìn)程在進(jìn)入臨界區(qū)之前，要先執(zhí)行申請(qǐng)操作，離開(kāi)臨界區(qū)，要做釋放操作？ 【解答】將每個(gè)進(jìn)程中訪問(wèn)臨界資源的那段代碼稱(chēng)為臨界區(qū)，因此也可以說(shuō)：不能被多個(gè)進(jìn)程同時(shí)進(jìn)入的程序或數(shù)據(jù)區(qū)域叫做臨界區(qū)。 因?yàn)榕R界區(qū)不能由多個(gè)進(jìn)程同時(shí)進(jìn)入，因此，在進(jìn)入臨界區(qū)之前，要先執(zhí)行申請(qǐng)操作，確保在沒(méi)有其它進(jìn)程進(jìn)入的情況下，該進(jìn)程才能進(jìn)入該臨界區(qū)；在離開(kāi)臨界區(qū)之前，要做釋放操作，以便其它進(jìn)程可以進(jìn)入該臨界區(qū)。,第2章 進(jìn)程管理,5,9試說(shuō)明進(jìn)程的基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換的原因。 【解答】在操作系統(tǒng)中，進(jìn)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(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的原因是:系統(tǒng)中的進(jìn)程是并發(fā)執(zhí)行的。在系統(tǒng)中， CPU在不同的時(shí)間，按一定的算法為不同的進(jìn)程服務(wù);系統(tǒng)中的資源是有限的;各進(jìn)程之間存在相互作用。因此，進(jìn)程并非固定處于某個(gè)狀態(tài)，它將隨著自身的推進(jìn)和外界條件的變化而發(fā)生變化。對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)，處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程，在調(diào)度程序?yàn)橹峙淞颂幚頇C(jī)之后，該進(jìn)程便由就緒態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行狀態(tài)。當(dāng)前進(jìn)程如果因分配給它的時(shí)間片己用完而被暫停執(zhí)行時(shí)，該進(jìn)程便由執(zhí)行狀態(tài)又回到就緒狀態(tài);一個(gè)處于執(zhí)行狀態(tài)的進(jìn)程，因?yàn)榈却惩獠渴录l(fā)生而使該進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)。一個(gè)處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程，當(dāng)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(jìn)程管理,6,10在創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程時(shí)，所要做的工作有哪些？ 【解答】操作系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)程創(chuàng)建原語(yǔ)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程。創(chuàng)建原語(yǔ)通過(guò)下述步驟創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程： （1）申請(qǐng)空白PCB。 （2）為新進(jìn)程分配資源。 （3）初始化進(jìn)程控制塊。 （4）將新建進(jìn)程插入就緒態(tài)隊(duì)列。,11從概念上說(shuō)明記錄型信號(hào)量的構(gòu)成，描述wait原語(yǔ)和 signal 原語(yǔ)所進(jìn)行的操作。 【解答】記錄型信號(hào)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?lè)至?。?shù)值表示系統(tǒng)中可用的該類(lèi)臨界資源的數(shù)量，而指針?lè)至繛檫M(jìn)程鏈表指針，指向等待該類(lèi)資源的PCB隊(duì)列。 申請(qǐng)臨界資源的原語(yǔ)wait操作可描述為： procedure wait(S) var S: semaphore; begin s: =s-1; if s0 then 本進(jìn)程繼續(xù)； else 將本進(jìn)程放入阻塞態(tài)隊(duì)列； 轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度 end,第2章 進(jìn)程管理,8,釋放臨界資源的原語(yǔ)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(jìn)程；; end,12在生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題中，如果缺少了signal(full)或signal(empty)，對(duì)執(zhí)行結(jié)果將會(huì)有何影響？ 【解答】若缺少釋放資源的原語(yǔ)操作，則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)者或消費(fèi)者進(jìn)程不能再繼續(xù)工作。 如缺少了signal(full)，則消費(fèi)者進(jìn)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(jìn)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(fèi)者問(wèn)題中，如果兩個(gè)wait操作即wait(mutex)和wait(empty)位置互換，會(huì)產(chǎn)生什么后果？ 【解答】如果兩個(gè)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(jìn)程管理,9,14進(jìn)程的高級(jí)通信方式有哪幾種？ 【解答】高級(jí)通信方式可分為三大類(lèi)：共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)、消息傳遞系統(tǒng)和管道通信系統(tǒng)。 在共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)中，相互通信的進(jìn)程共享某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或共享存儲(chǔ)區(qū)；消息傳遞系統(tǒng)中，進(jìn)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(yǔ)來(lái)實(shí)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(jìn)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(jìn)程可從管道中接收數(shù)據(jù)。,第2章 進(jìn)程管理,10,15什么是線程？說(shuō)明它與進(jìn)程的主要區(qū)別。 【解答】線程是進(jìn)程中執(zhí)行運(yùn)算的最小單位，亦即執(zhí)行處理機(jī)調(diào)府的基本單位。 線程與進(jìn)程的主要區(qū)別如下: (1)調(diào)度性方面。進(jìn)程是資源分配的基本單位，線程是分配處理機(jī)的基本單位，它與資源分配無(wú)關(guān)，即真正在處理機(jī)上運(yùn)行的是線程。 (2)擁有資源方面。進(jìn)程是擁有資源的獨(dú)立單位，線程基本是不擁有資源的。同一進(jìn)程的線程共用該進(jìn)程的資源。 (3)并發(fā)性方面。進(jìn)程和線程都可以并發(fā)執(zhí)行。但同一個(gè)進(jìn)程的線程在并發(fā)執(zhí)行時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度較快。 (4)系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)方面。進(jìn)程在創(chuàng)建、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、撤銷(xiāo)時(shí)開(kāi)銷(xiāo)較大，對(duì)于同樣的工作，線程的開(kāi)銷(xiāo)較小。,第2章 進(jìn)程管理,11,16什么是多線程機(jī)制？引入它有什么好處？ 【解答】多線程機(jī)制是指操作系統(tǒng)支持在一個(gè)進(jìn)程內(nèi)執(zhí)行多個(gè)線程的能力。 引入線程的好處有以下幾點(diǎn)： （1）易于調(diào)度。由于線程只作為獨(dú)立調(diào)度的基本單位，同一進(jìn)程的多個(gè)線程共享進(jìn)程的資源，所以線程易于切換。 （2）提高了系統(tǒng)的效率。通過(guò)線程可方便有效地實(shí)現(xiàn)并發(fā)性。進(jìn)程可創(chuàng)建多個(gè)線程來(lái)執(zhí)行同一程序的不同部分。 （3）創(chuàng)建一個(gè)線程比創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程花費(fèi)的開(kāi)銷(xiāo)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(jìn)程的并行性。,第2章 進(jìn)程管理,12,17在讀者寫(xiě)者問(wèn)題中，如果修改問(wèn)題中的同步算法，要求對(duì)寫(xiě)進(jìn)程優(yōu)先，即一旦寫(xiě)進(jìn)程到達(dá)，后續(xù)的讀者進(jìn)程必須等待，而無(wú)論是否有讀者進(jìn)程在讀文件。寫(xiě)出相應(yīng)進(jìn)程的程序段。 【解答】增加一個(gè)信號(hào)量S，用于在寫(xiě)進(jìn)程到達(dá)后封鎖后續(xù)的讀進(jìn)程。 semaphore S=1; 在讀進(jìn)程開(kāi)頭，增加兩句； P(S); V(S); 即所有訪問(wèn)該文件的進(jìn)程，在申請(qǐng)讀以前，先申請(qǐng)信號(hào)量S。如果沒(méi)有寫(xiě)進(jìn)程，則可以直接通過(guò);如果存在寫(xiě)進(jìn)程，則該信號(hào)量S申請(qǐng)不到，該讀者進(jìn)程等待。 對(duì)于寫(xiě)進(jìn)程，首先應(yīng)該申請(qǐng)信號(hào)量S，由于讀者進(jìn)程申請(qǐng)到以后接著釋放該信號(hào)量，所以寫(xiě)者進(jìn)程更容易申請(qǐng)到S。寫(xiě)者進(jìn)程申請(qǐng)到S以后，直到寫(xiě)操作完成以后才釋放該信號(hào)量。因此，讀者進(jìn)程和寫(xiě)進(jìn)程改為:,第2章 進(jìn)程管理,13,讀者一寫(xiě)者問(wèn)題可描述如下: semaphore rmutex=1,wmutex=1; semphore S=1; int readcount=0; void main() parbegin(reader,writer); /*讀者進(jìn)程*/ /*寫(xiě)者進(jìn)程*/ void reader() void writer() while(1) while(1) wait(s); wait(s); signal (s); wait(wmutex); wait(rmutex); 執(zhí)行寫(xiě)操作； if (readcount=0) wait(wmutex); signal(wmutex); readcount+; signal (s); signal(rmutex); 進(jìn)行讀操作； wait(rmutex); readcount-; if (readcount=0) signal(wmutex); signal(rmutex); ,18試?yán)糜涗浶托盘?hào)量寫(xiě)出一個(gè)不會(huì)出現(xiàn)死鎖的哲學(xué)家進(jìn)餐問(wèn)題的算法。 【解答】有多種算法可解決該問(wèn)題。 方法（1）至多只允許有四位哲學(xué)家同時(shí)去拿左邊的筷子。 實(shí)現(xiàn)方法：在每個(gè)進(jìn)程的程序段前定義一個(gè)信號(hào)量S，初值為4，每個(gè)哲學(xué)家在使用筷子之前，先申請(qǐng)信號(hào)量S，吃完放下筷子后，再釋放S。 方法（2）僅當(dāng)哲學(xué)家的左、右兩只筷子均可用時(shí)，才允許他拿起筷子進(jìn)餐。解決的方法：可用AND型信號(hào)量。 方法（3）規(guī)定奇數(shù)號(hào)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(hào)哲學(xué)家則相反。 實(shí)現(xiàn)的方法：在第i個(gè)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(qǐng)。,第2章 進(jìn)程管理,15,19設(shè)公共汽車(chē)上有一位司機(jī)和一位售票員，它們的活動(dòng)如下：,第2章 進(jìn)程管理,16,請(qǐng)分析司機(jī)與售票員之間的同步關(guān)系，如何用P、V 操作實(shí)現(xiàn)。 【解答】為了安全起見(jiàn)，顯然要求：關(guān)車(chē)門(mén)后才能啟動(dòng)車(chē)輛；到站后才能開(kāi)車(chē)門(mén)。所以司機(jī)和售票員在到站、開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、啟動(dòng)車(chē)輛這幾個(gè)活動(dòng)之間存在著同步關(guān)系。兩個(gè)信號(hào)量S1、S2分別表示可以開(kāi)車(chē)和可以開(kāi)門(mén)，S1的初值為1，S2的初值為0。,第2章 進(jìn)程管理,17,20.說(shuō)明Linux系統(tǒng)的進(jìn)程有哪幾種狀態(tài)？ 【解答】在Linux中，一個(gè)迸程的狀態(tài)信息是由task_struct結(jié)構(gòu)中的state成負(fù)描述的，它定義了5種進(jìn)程狀態(tài): (1) TASK-RUNNING狀態(tài)，運(yùn)行狀態(tài)。此進(jìn)程的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)際包含基本狀態(tài)中的執(zhí)行和就緒兩種狀態(tài)。進(jìn)程是正在運(yùn)行還是處于就緒狀態(tài)準(zhǔn)備運(yùn)行，要靠cunent來(lái)區(qū)分。 (2) TASK-INTERRUPTIBLE狀態(tài)，可中斷的等待狀態(tài)。進(jìn)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(jìn)程被終止，這個(gè)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(jìn)程就處于僵死狀態(tài)。 (5) TASK-STOPPED狀態(tài)，暫停狀態(tài)。,