专升本辅导-进程管理2

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线程的定义
定义：线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度
和分配的基本单位，故又称为轻权（轻型）进程，它由 线程控制表、存储线程上下文的用户栈以及核心栈组成。
传统的进程称为重型进程。
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线程是进程中可独立执行的子任务，是系统独 立调度和分派的基本单位。
一个进程中至少有一个线程。线程继承所属进程的一切
为了协调双方的通信，管道机制必须提供以下三方面 的协调能力： ① 互斥，即当一个进程正在对pipe执行读/写操作时， 其它(另一)进程必须等待。
② 同步，指当写(输入)进程把一定数量(如4 KB)的数
据写入pipe，便去睡眠等待， 直到读(输出)进程取走数据
后，再把他唤醒。当读进程读一空pipe时，也应睡眠等待，
问题7 进程通信的三种类型，管道的 定义，消息缓冲队列的通信机制
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§2.7 进程通信(communication)
进程之间的信息交换称为进程通信。合作进程 间所交换的信息量，少则是一个状态或数据，多则
成千上万字节的。
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进程的同步与互斥=>低级通信
进程的同步与互斥是一种通信方式，一进程 可通过修改变量或信号量告知另一进程，它是 否可以继续执行下去. 生产者——消费者算法, P、V操作只能传递 信号，信号本身不包含任何数据，而进程不当 还容易导致进程死锁，因此，称这些同步机构 为低级通信机构.
信命令，高效地传送大量数据的一种通信方式。
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高级进程通信方式的主要优点
效率高和使用方便。
操作系统隐藏了进程通信的实现细节，它给 用户提供了一组以发送和接收命令为主的通信原 语，用户直接使用这些通信原语一次就能发送成 千上万字节的信息，大大简化了通信程序的编制 工作。
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三种基本的进程通信方式：
根据通信实施的方式和数据存取的方式，分为： 1）共享存储器系统 共享内存变量（如信号量机制）和共享内存区两 种通信方式。
2）消息传递系统
消息缓冲和信箱两种通信方式。
3）管道通信方式
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发送原语（send（接收者进程名，发送区首地址）） 接收原语（receive（接收区首地址）） 系统提供给用户实现进程通信的最基本的原语，也是 构成一种具体的通信系统的主要内容，用户直接使用这些 通信原语一次就能发送成千上万字节的信息。
4．系统开销
由于在创建或撤消进程时，系统要为之分配或回收资 源，创建进程的开销远大于创建线程的开销。类
操作系统为进程切换付出的开销也远大于为同一进程 内的线程切换付出的开销。 进程内的多个线程具有相同的地址空间，致使它们之 间的同步与互斥的实现，也变得比较容易。 22
5.线程没有挂起状态
线程和进程一样，都有自己的状态，也有相应的同步 机制，不过线程没有单独的数据和程序空间，线程的数 据与程序不能交换到外存存储空间，从而线程没有挂起 状态。
资源，它自己只拥有运行所需的很少的一点资源，如几 个寄存器和一个堆栈等。
进程内的几个线程之间的切换的开销比进程间切换的开
销小得多，这是系统引入线程可以提高效率和并发性的
主要原因。
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线程与进程的比较
1．拥有资源
进程都是拥有资源的一个独立单位，它可以拥有自己的资 源。线程几乎不拥有系统资源 ,但它可以访问其隶属进程的资 源
进程A
P C)
mq mu tex sm
rec eiv e (b )
第一 消息 缓冲区 se nd er :A a 发 送 区 a se nd er :A siz e:5 tex t:H ello siz e:5 tex t:H ello n ex t:0 b se nd er :A siz e:5 tex t:H ello 接 收 区 b
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1、临界资源的概念是 界区是指 2．操作系统的4个基本特征 是 、 、 和
，而临
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1. 四个进程A、B、C、D都要读一个共享文件 F，系统允许多个进程同时读文件F。但限制 是进程A和进程C不能同时读文件F，进程B和 进程D也不能同时读文件F。为了使这四个进 程并发执行时能按系统要求使用文件，现用 PV操作进行管理，请回答下面的问题： （1）请说明应定义的信号量及初值。 （2）在下列的程序中填上适当的P、V操作 ，以保证它们能正确并发工作：
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3. 用PV操作实现相关临界区的管理，信号 量S的初值定义为5，在S上调用了10次P操 作和16次V操作，S的值应为（ ）。 A.0 B.10 C.11 D.-1
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4．对进程的管理和控制使用( ) A.广义指令 B．信号量 C．原语 D．信箱 通信
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1．进程的互斥和同步总是因相互制约 而 同时引起。 2．进程的互斥和同步的相互制约一般不 会同时发生。 3. 当进程间需要交换大量数据时，P，V操 作也能满足进程通信的要求。（ ） 4. 在计算机系统中必须互斥地使用的资源 都是硬件资源。（ ）
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答：用S1代表座位，初始SI~100，S2用于 实现对登记表的互斥操作，初始s2=1 进程n P(S1)； P(S2) 登记： V(S2) 阅览， P(S2)； 撤消， V(S2)， V(S1)；
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用的数据结构是消息缓冲区。它可描述如下： type message buffer=record sender; 发送者进程标识符 size; 消息长度 text; 消息正文 next; 指向下一个消息缓冲区的指针
end
(2) PCB中有关通信的数据项。
在利用消息缓冲队列通信机制时，在设置消息缓冲队
列的同时，还应增加用于对消息队列进行操作和实现同步
的信号量，并将它们置入进程的PCB中。
2. 发送原语 发送进程在利用发送原语发送消息之前，应先在自己 的内存空间，设置一发送区a，把待发送的消息正文、发送 进程标识符、消息长度等信息填入其中，然后调用发送原
语，把消息发送给目标(接收)进程。
发送原语首先根据发送区a中所设置的消息长度a.size来 申请一缓冲区i，接着，把发送区a中的信息复制到缓冲区i 中。获得接收进程的内部标识符j，将i挂在j.mq上。
6. 进程的调度、同步等大多由OS内核完成， 线程的控制既可以由OS内核进行，也可以由用户控 制。
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1. 在由9个生产者，6个消费者，共享容量 为8的缓冲器组成的生产者-消费者问题中 ，互斥使用缓冲器的信号量mutex的初值 应该为（ ）。 A．8 B．6 C．9 D．1
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2.如果生产者消费者问题中共享的缓冲器 的容量为8，物品存入缓冲器的同步信号 量SP的初始值应为（ ） A.0 B.1 C.8 D.-1
信箱一般由接收者向系统提出创建申请，由 系统创建，归接收者拥有。
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3) 管道(Pipe)通信
“管道”是指用于连接一个读进程和一个写进程以
实现他们之间通信的一个共享文件，又名pipe文件。向
管道(共享文件)提供输入的发送进程(即写进程)， 以字符 流形式将大量的数据送入管道；而接收管道输出的接收 进程(即读进程)，则从管道中接收(读)数据。
图 2 - 12 消息缓冲通信
2) 信箱通信方式
指连接两进程之间的一个打开的共享文件， 以文件作为缓冲传输介质，一个进程向其写入消 息，另一个进程从中读取消息，好象是一个管道， 消息从一头流进，从另一头流出的通信方式。
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信箱就是一个用来对一定数量的消息进行缓 冲的地方，通常是个有结构的文件，由存放信 箱控制信息的信箱头和带格子的信箱体组成。 信箱的标识地址作为消息的间接地址。
2．调度

以进程为单位进行处理机切换和调度时，处理机切换时间
长，资源利用率降低。以线程为单位进行进行处理机切换和调 度时，由于不发生资源变化，处理机切换时间较短，从而处理 机效率较高。
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3．并发性
在引入线程的操作系统，不仅进程之间可以并发执行， 而且线程之间也可并发执行，使操作系统具有更好的并发 性，能更有效地利用系统资源，提高系统的吞吐量。

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按通信交换的数据量多少划分
低级通信：在OS中数据交换量少的进程协调过程。
一般只传送一个和几个字节的信息，达到控制进程执 行速度的作用。（进程的同步和互斥） 信号量机制作为同步工具是卓有成效的，但作为通信 工具则不够理想。（效率低。通信对用户不透明。）
高级通信：用户可以直接利用操作系统所提供的一组通
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A() { [1]; read F; [2]; }
B() {
[3]; read F; [4]; }
C() { [5]; read F; [6]; }
D() { [7]; read F; [8]; }
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2-有——阅览室，读者进入时必须先在登 记表中进行登记，该表为每一座位列一表 目，包括座号和读者姓名，读者离开时要 消掉登记信息，阅览室中共有100个座位 ，试问：试用P，V操作写出这些进程间的 同步算法。
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1)消息缓冲通信方式 消息（message）：在计算机网络中又 叫报文，指进程之间相互传递的赖以发生 相互作用的有结构的数据。 在消息传递系统中，进程间的数据交 换，是以格式化的消息(message)为单位的.
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1. 消息缓冲通信机制中的数据结构
(1) 消息缓冲区。在消息缓冲队列通信方式中，主要利
直至写进程将数据写入管道后，才将之唤醒。 ③ 确定对方是否存在，只有确定了对方已存在时，才 能进行通信。
问题8 . 线程的基本概念，线程的属 性，线程与进程的区别与联系。
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进程的两个基本属性：
1. 进程是一个可拥有资源的独立单位；
2. 进程又是一个可独立调度和分配的基本单位。 合起来，进程便成为一个能独立运行的基本单位，从而 构成了程序并发执行的基础。 进程是一个资源的拥有者，在执行这些操作时会付 出较大的时间开销。因此在系统中所设的进程数目不宜 过多，切换不宜过于频繁，这就限制了系统的并发程度。