3进程与并发程序设计
河北科技大学理工学院软件工程专业大二2017-2018学年操作系统试题
河北科技大学理工学院软件工程专业大二2017-2018学年操作系统试题1、操作系统是对()进行管理的软件。
[单选题] *A、软件B、硬件C、计算机资源(正确答案)D、应用程序2、下面关于操作系统说法错误的是()。
[单选题] *A、操作系统是最核心的软件B、操作系统间接控制硬件(正确答案)C、操作系统控制其他软件D、操作系统可以提高系统的效率3、关于操作系统和支撑软件的说法错误的是() [单选题] *A、操作系统在支撑软件的基础之上才能运行(正确答案)B、操作系统控制支撑软件C、支撑软件通过操作系统来使用硬件D、操作系统可以决定支撑软件的运行与否4、在单机系统中通过()方式使得CPU为多个进程所共享。
[单选题] *A、空分复用B、时分复用(正确答案)C、联合复用D、同时复用5、在内存上存储多个用户的程序与数据的方式称为()。
[单选题] *A、时分复用B、联合复用C、空分复用(正确答案)D、多重复用6、操作系统的基本功能是()。
[单选题] *A、提供强大的网络管理功能B、提供良好的用户界面C、控制和管理系统内的各种资源(正确答案)D、提供方便地可视化编辑环境7、下列选项中，()不是操作系统关心的问题。
[单选题] *A、管理计算机裸机B、设计和提供用户程序与硬件系统的界面C、管理计算机系统资源D、高级程序设计语言的编译器(正确答案)8、操作系统属于()。
[单选题] *A、应用软件B、编译软件C、支撑软件D、系统软件(正确答案)9、安装在裸机上的第一层软件是()。
[单选题] *A、支撑软件B、操作系统(正确答案)C、编辑系统D、汇编系统10、关于操作系统与支撑软件说法正确的是() [单选题] *A、支撑软件提供给操作系统运行的环境B、操作系统在支撑软件的基础上运行发挥其功能C、支撑软件和操作系统是控制和被控制的关系D、支撑软件通过操作系统使用计算机(正确答案)11、在操作系统中，并发性是指若干事件()发生。
操作系统OS复习题
2.什么是多道程序设计？多道程序系统的特点是什么？P73.操作系统中为什么要引入进程的概念？为了实现并发进程之间的合作和协调，以及保证系统的安全，操作系统在进程管理方面要做哪些工作？P374.什么是进程控制块（PCB）？它的作用是什么？P415.进程的三种基本状态是什么？给出三状态的转换模型（图）及转换的原因。
P386.什么是死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？P1037.在选择调度方式和调度算法时，应遵循的原则是什么？P908.虚拟存储器基于程序的局部性原理，简述程序局部性原理。
P1429.分页存储管理和分段存储管理有何区别？P13810.SPOOLing的含义是什么？试述SPOOLing系统的原理和功能。
P19011.设备管理广泛采用缓冲技术，引入缓冲技术的原因是什么？P17112.什么是设备独立性？引入设备独立性之后有哪些好处？P18413.文件系统有哪些功能？其中最重要的功能是什么？P20614.对目录管理的主要要求是什么？P22415.操作系统用户接口中包括哪几种接口？它们分别适用于哪种情况？P248答：所谓并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
即在内存中放多道作业，在一个时间段上来看，每一道作业都能不同程度地向前推进。
但在任何一个时间点上只能有一道占用CPU。
并行：指两个或多个事件在同一时刻发生。
存在于有多个CPU的环境中，在内存中放多道作业，在任一时间点上都可能有多道作业在不同的CUP上同时执行。
并行是一种物理的、或微观的同时性概念；并发是一种逻辑的、或宏观的同时性概念；2.什么是多道程序设计？多道程序系统的特点是什么？P7答：Ⅰ、在内存中放多道程序,使它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。
Ⅱ、特点：①资源利用率高；②系统吞吐量大；③平均周转时间长；④无交互能力（1）多道，即计算机内存中同时放多道相互独立的程序。
2）宏观上并行，是指共识进入系统的多道程序都处于运行过程。
3）微观上串行，是指在单道处理机环境下，内存中的多道程序轮流地占有CPU，交替执行。
“操作系统概论”习题解答之并发进程
“操作系统概论”习题解答之并发进程第7章习题解答1.什么叫并发进程？答：在多道程序设计系统中，作为单个作业可以同时执行，而每一个作业又需要有多个进程的协作来完成。
因此，系统会同时存在着许多进程，在单处理器的情况下，这些进程轮流的占用处理器，即一个进程的工作没有全部完成之前，另一个进程就开始工作，我们说这些可同时执行的进程具有并发性，并且把可同时执行的进程称为“并发进程”。
2.临界区是怎样定义？对临界区的管理应符合哪些要求？答：并发进程中与共享变量有关的程序段称为“临界区”。
对若干个并发进程共享某一变量的相关临界区得管理有三点要求：①一次至多一个进程能够进入临界区，当有进程在临界区执行时，其他想进入临界区执行的进程必须等待。
②不能让一个进程无限制的在临界区执行，即任何一个进入临界区的进程必须有限的时间内退出临界区。
③不能强迫一个进程无限期等待键入它的临界区，即有进程退出临界区时应让一个等待进入临界区的进程进入它的临界区执行。
3.采用PV操作作为同步机构时，假定与某共享变量相关的信号量S的值可在[-1，l］之间，问S的初值是哪个值？当S=－1，S=0，S=l时它们各自的物理含义是什么？答：S的初值是 1.S＝－l，表示有一个进程在等待进入临界区执行。
S＝0，表示已有一个进程在临界区执行，这时若有进程想进入临界区则必须等待。
S＝l，表示无进程在临界区执行，若有进程想进入临界区则可以立即进入。
4.A、B两个火车站之间是单轨连接的，现有许多列车同时到A站，须经A再到达B站，列车出B站后又可分路行驶（如图7－2）为保证行车安全，请你当调度时，你将如何调度列车？请你用PV操作为工具设计一个能实现你的调度方案的自动调度系统。
答：当A、B两站之间无列车停驶时，可让到达A站的一列车进人A、B站之间行驶。
当A石站之间有列车在行驶时，则到达A站者必须在站外等待。
当有列车到达B站后，让等在A站外的一列车进入。
用一个信号量S来控制到达A站的列车能否进入单轨道行驶，S的初始值为l.列车到达A站后，先执行P（S），若无列车在A、B站之间行驶，则执行P（S）后立即进人单轨道行驶，到达B站后，执行V（S），可释放一个等待进入的列车进入行驶。
并发程序设计1：多进程并发
并发程序设计1：多进程并发在并发程序设计中，主要有三种并发⽅式：多进程并发，基于IO复⽤并发，多线程并发。
本节主要介绍多进程并发。
以多客户端ehco程序为例。
1. 进程进程是具有独⽴功能的程序关于某个数据集合的⼀次运⾏活动，是OS为正在运⾏的程序建⽴的管理实体，是系统资源管理与分配的基本单位。
⼀个进程有五部分：操作系统管理该进程的数据结构(PCB)，内存代码，内存数据，程序状态字PSW，通⽤寄存器信息。
⼀个进程在OS中有四个基本状态。
如图1.1所⽰。
图1.1 进程四态挂起：挂起是OS收回进程的所有资源，将其移出内存。
创建进程时，实际上OS为其建⽴⼀个进程控制块，⽤于保存该进程的信息。
多个进程同时运⾏时，其在内存中的状态如图1.2所⽰。
图1.2 多进程的内核状态2. 多进程并发进程是程序运⾏的基本单位，对于多内核的计算机，多个进程可以在多内核上同时运⾏，提⾼程序的并发性。
如对于C/S类型的模型，客户端每发起⼀次通信，服务器开辟⼀个进程于其连接。
这样实现服务器同时服务多个客户端。
以经典的回声服务器，客户端为例，讲解多进程并发(注：Windows系统不⽀持，相关代码均以Linux系统为例)。
Linux系统的每个进程都有⼀个标志号，称为进程ID，其值⼤于2(1要分配给系统启动后的⾸个进程，⽤于协助操作系统)。
在Linux系统中，创建⼀个进程采⽤fork函数#include <unistd.h>pid_t fork(void); //pid_t为返回的ID号调⽤fork函数之后，⼦进程创建，⼦进程会复制⽗进程的所有信息，然后从fork调⽤之后开始执⾏。
那么怎么让⽗⼦进程执⾏不同的程序路径呢？这是通过主程序判断实现的，⽗进程调⽤fork函数，返回的是⼦进程的ID；⽽⼦进程的fork函数返回0，通过此返回值区别⽗⼦进程，从⽽控制fork函数之后的执⾏流。
2.1 僵⼫进程 ⽗进程fork⼦进程后，两个进程按各⾃的程序执⾏。
进程的调度实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的通过本次实验，加深对操作系统进程调度原理的理解，掌握先来先服务（FCFS）、时间片轮转（RR）和动态优先级（DP）三种常见调度算法的实现，并能够分析这些算法的优缺点，提高程序设计能力。
二、实验环境- 编程语言：C语言- 操作系统：Linux- 编译器：GCC三、实验内容本实验主要实现以下内容：1. 定义进程控制块（PCB）结构体，包含进程名、到达时间、服务时间、优先级、状态等信息。
2. 实现三种调度算法：FCFS、RR和DP。
3. 创建一个进程队列，用于存储所有进程。
4. 实现调度函数，根据所选算法选择下一个执行的进程。
5. 模拟进程执行过程，打印进程执行状态和就绪队列。
四、实验步骤1. 定义PCB结构体：```ctypedef struct PCB {char processName[10];int arrivalTime;int serviceTime;int priority;int usedTime;int state; // 0: 等待，1: 运行，2: 完成} PCB;```2. 创建进程队列：```cPCB processes[MAX_PROCESSES]; // 假设最多有MAX_PROCESSES个进程int processCount = 0; // 实际进程数量```3. 实现三种调度算法：（1）FCFS调度算法：```cvoid fcfsScheduling() {int i, j;for (i = 0; i < processCount; i++) {processes[i].state = 1; // 设置为运行状态printf("正在运行进程：%s\n", processes[i].processName); processes[i].usedTime++;if (processes[i].usedTime == processes[i].serviceTime) { processes[i].state = 2; // 设置为完成状态printf("进程：%s 完成\n", processes[i].processName); }for (j = i + 1; j < processCount; j++) {processes[j].arrivalTime--;}}}```（2）RR调度算法：```cvoid rrScheduling() {int i, j, quantum = 1; // 时间片for (i = 0; i < processCount; i++) {processes[i].state = 1; // 设置为运行状态printf("正在运行进程：%s\n", processes[i].processName); processes[i].usedTime++;processes[i].serviceTime--;if (processes[i].serviceTime <= 0) {processes[i].state = 2; // 设置为完成状态printf("进程：%s 完成\n", processes[i].processName); } else {processes[i].arrivalTime++;}for (j = i + 1; j < processCount; j++) {processes[j].arrivalTime--;}}}```（3）DP调度算法：```cvoid dpScheduling() {int i, j, minPriority = MAX_PRIORITY;int minIndex = -1;for (i = 0; i < processCount; i++) {if (processes[i].arrivalTime <= 0 && processes[i].priority < minPriority) {minPriority = processes[i].priority;minIndex = i;}}if (minIndex != -1) {processes[minIndex].state = 1; // 设置为运行状态printf("正在运行进程：%s\n", processes[minIndex].processName);processes[minIndex].usedTime++;processes[minIndex].priority--;processes[minIndex].serviceTime--;if (processes[minIndex].serviceTime <= 0) {processes[minIndex].state = 2; // 设置为完成状态printf("进程：%s 完成\n", processes[minIndex].processName); }}}```4. 模拟进程执行过程：```cvoid simulateProcess() {printf("请选择调度算法（1：FCFS，2：RR，3：DP）：");int choice;scanf("%d", &choice);switch (choice) {case 1:fcfsScheduling();break;case 2:rrScheduling();break;case 3:dpScheduling();break;default:printf("无效的调度算法选择。
进程并发实验报告
一、实验背景与目的随着计算机技术的发展，多任务处理和多进程并发已经成为操作系统设计中的基本要求。
为了更好地理解进程并发的基本原理和实现方法，我们进行了本次实验。
实验的目的是通过实践操作，加深对进程并发执行的理解，掌握进程创建、同步、互斥等基本概念，并学会使用相关系统调用实现进程的并发控制。
二、实验环境与工具实验环境：Windows 10操作系统，Visual Studio 2019开发环境。
实验工具：C++编程语言，WinAPI系统调用。
三、实验内容与步骤本次实验主要分为以下几个部分：1. 进程创建与并发执行- 使用CreateProcess函数创建多个进程，并观察它们的并发执行情况。
- 使用GetTickCount函数获取每个进程的执行时间，分析并发执行的效果。
2. 进程同步- 使用互斥锁（mutex）实现进程间的同步，确保同一时刻只有一个进程访问共享资源。
- 使用条件变量（condition variable）实现进程间的条件同步，实现生产者-消费者模型。
3. 进程互斥- 使用信号量（semaphore）实现进程间的互斥，避免资源竞争。
- 使用临界区（critical section）保护共享资源，防止多个进程同时访问。
4. 实验分析- 分析实验结果，总结进程并发、同步和互斥的原理和方法。
- 讨论实验中遇到的问题和解决方法。
四、实验代码示例以下是一个简单的实验代码示例，演示了使用互斥锁实现进程同步的过程：```cpp#include <windows.h>#include <iostream>using namespace std;// 全局互斥锁mutex mtx;void processFunction(){unique_lock<mutex> lock(mtx);cout << "Process " << GetCurrentProcessId() << " is running." << endl;lock.unlock();}int main(){// 创建两个进程CreateProcess(NULL, "process.exe", NULL, NULL, FALSE, 0, NULL, NULL, NULL, NULL);// 主进程继续执行cout << "Main process is running." << endl;return 0;}```五、实验结果与分析1. 进程创建与并发执行通过实验，我们观察到多个进程可以并发执行，并且每个进程的执行时间都会有所不同。
南京邮电大学操作技巧系统课后习题集标准答案
《操作系统教程》南邮正式版习题解答第三章进程管理与调度习题1、什么是多道程序设计？多道程序设计利用了系统与外围设备的并行工作能力，从而提高工作效率，具体表现在哪些方面？答：让多个计算问题同时装入一个计算机系统的主存储器并行执行，这种设计技术称“ 多道程序设计”，这种计算机系统称“多道程序设计系统” 或简称“多道系统”。
在多道程序设计的系统中，主存储器中同时存放了多个作业的程序。
为避免相互干扰，必须提供必要的手段使得在主存储器中的各道程序只能访问自己的区域。
提高工作效率，具体表现在：•提高了处理器的利用率；•充分利用外围设备资源：计算机系统配置多种外围设备，采用多道程序设计并行工作时，可以将使用不同设备的程序搭配在一起同时装入主存储器，使得系统中各外围设备经常处于忙碌状态，系统资源被充分利用；•发挥了处理器与外围设备以及外围设备之间的并行工作能力；从总体上说，采用多道程序设计技术后，可以有效地提高系统中资源的利用率，增加单位时间内的算题量，从而提高了吞吐率。
2、请描述进程的定义和属性。
答：进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配、调度和保护的独立单位。
进程的属性有：结构性•共享性•动态性•独立性•制约性•并发性3、请描述进程与程序的区别及关系。
答：程序是静止的，进程是动态的。
进程包括程序和程序处理的对象（数据集），进程能得到程序处理的结果。
进程和程序并非一一对应的，一个程序运行在不同的数据集上就构成了不同的进程。
通常把进程分为“系统进程”和“用户进程”两大类，把完成操作系统功能的进程称为系统进程，而完成用户功能的进程则称为用户进程。
4、进程有哪三种基本状态？三种进程状态如何变化？答：通常，根据进程执行过程中不同时刻的状态，可归纳为三种基本状态：·等待态：等待某个事件的完成；·就绪态：等待系统分配处理器以便运行；·运行态：占有处理器正在运行。
操作系统课后习题答案第三版
一、名词解释1、操作系统：是位于硬件层之上，所有其它软件之下的一个系统软件，是管理系统中的软硬资源，使其得以充分利用并方便用户使用的程序集合。
2、进程：具有一定独立功能的程序关于一个数据集合的一次运行活动。
3、线程：也称轻进程，是进程内的一个相对独立的执行流。
4、设备无关性：用户在使用设备时，选用逻辑设备，而不必面对一种设备一种接口.设备管理实现逻辑设备到物理设备的映射，这就是设备无关性.5、数组多路通道：是指连接多台设备.同时为多台设备服务，每次输入/输出一个数据块.这样的通道叫数组多路通道.6、死锁：一组并发进程，因争夺彼此占用的资源而无法执行下去，这种僵局叫死锁.7、文件系统：是指与文件管理有关的那部分软件，被管理的文件及管理所需的数据结构的总体.8、并发进程：进程是一个程序段在其数据集合上的一次运行过程，而并发进程是可以与其它进程并发运行的.9、临界区：是关于临界资源访问的代码段.10、虚拟存储器：是一种扩大内存容量的设计技术，它把辅助存储器作为计算机内存储器的后援，实际上不存在的扩大的存储器叫虚拟存储器^11、动态重定位：在程序运行时，将逻辑地址映射为物理地址的过程叫动态重定位.12、作业：用户要求计算机系统为其完成的计算任务的集合。
13、中断：在程序运行过程中，出现的某种紧急事件，必须中止当前正在运行的程序，转去处理此事件，然后再恢复原来运行的程序，这个过程称为中断。
14、文件：具有符号名而且在逻辑上具有完整意义的信息项的有序序列。
15、进程互斥：两个或两个以上的进程，不同时进入关于同一组共享变量的临界区域，否则可能发生与时间有关的错误，这种现象叫互斥。
16、系统开销：指运行操作系统程序，对系统进行管理而花费的时间和空间。
17、通道：由通道独立控制完成I/O操作，全部完成后向CPU发出中断，CPU丸行中断处理程序。
18、系统调用：使用户或系统程序在程序以及上请求系统为之服务的一种手段。
操作系统罗宇版课后习题答案部分
操作系统罗宇版课后习题答案部分————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：1。
2 操作系统以什么方式组织用户使用计算机？答：操作系统以进程的方式组织用户使用计算机.用户所需完成的各种任务必须由相应的程序来表达出来。
为了实现用户的任务，必须让相应功能的程序执行。
而进程就是指程序的运行，操作系统的进程调度程序决定CPU在各进程间的切换。
操作系统为用户提供进程创建和结束等的系统调用功能,使用户能够创建新进程.操作系统在初始化后，会为每个可能的系统用户创建第一个用户进程,用户的其他进程则可以由母进程通过“进程创建”系统调用进行创建。
1.4 早期监督程序（Monitor）的功能是什么？答：早期监督程序的功能是代替系统操作员的部分工作，自动控制作业的运行。
监督程序首先把第一道作业调入主存,并启动该作业。
运行结束后，再把下一道作业调入主存启动运行。
它如同一个系统操作员，负责批作业的I/O,并自动根据作业控制说明书以单道串行的方式控制作业运行，同时在程序运行过程中通过提供各种系统调用,控制使用计算机资源。
1。
7 试述多道程序设计技术的基本思想。
为什么采用多道程序设计技术可以提高资源利用率？答:多道程序设计技术的基本思想是，在主存同时保持多道程序，主机以交替的方式同时处理多道程序。
从宏观上看，主机内同时保持和处理若干道已开始运行但尚未结束的程序。
从微观上看，某一时刻处理机只运行某道程序。
可以提高资源利用率的原因:由于任何一道作业的运行总是交替地串行使用CPU、外设等资源，即使用一段时间的CPU,然后使用一段时间的I/O设备，由于采用多道程序设计技术，加之对多道程序实施合理的运行调度，则可以实现CPU和I/O设备的高度并行，可以大大提高CPU与外设的利用率.1。
8 什么是分时系统？其主要特征是什么?适用于哪些应用?答：分时系统是以多道程序设计技术为基础的交互式系统,在此系统中，一台计算机与多台终端相连接，用户通过各自的终端和终端命令以交互的方式使用计算机系统。
OS--第二章
程序并发执行的前趋图 程序并发执行
2.1.2进程的描述 进程的描述
1.进程的三个基本状态 1.进程的三个基本状态
运行态/执行态（Running）：当一个进程在处理 运行态/执行态（Running）： ）： 机上运行时，则称该进程处于运行状态。 就绪态（Ready）： ）：一个进程获得了除处理机外 就绪态（Ready）： 的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行， 则称此进程处于就绪状态。 阻塞态（Blocked）： ）：（又称挂起状态、等待状 阻塞态（Blocked）： 态）：一个进程正在等待某一事件发生（例如 请求I／O而等待I／O完成等）而暂时仃止运行， 这时即使把处理机分配给进程也无法运行，故 称该进程处于阻塞状态。
进程的三个基本状态转换图 P29 图2-3 进程的三个基本状态转换图
运行态 时间片已用完 进程调度 等待事件已发生 阻 塞 态 等待某一事件发生
就绪态
2.进程状态的转换
三个基本状态之间可能转换和转换原因如下： 就绪态―― 运行态：当处理机空闲时，进程调度程序必将 ――＞ 就绪态――＞运行态 处理机分配给一个处于就绪态的进程 ，该进程便由就绪态转 换为运行态。 运行态―― 阻塞态：处于运行态的进程在运行过程中需要 ――＞ 运行态――＞阻塞态 等待某一事件发生后（例如因I／O请求等待I／O完成后）， 才能继续运行，则该进程放弃处理机，从运行态转换为阻塞 态。 阻塞态―― 就绪态：处于阻塞态的进程，若其等待的事件 ――＞ 阻塞态――＞就绪态 已经发生，于是进程由阻塞态转换为就绪态。 运行态―― 就绪态：处于运行状态的进程在其运行过程中， ――＞ 运行态――＞就绪态 因分给它的处理机时间片已用完，而不得不让出（被抢占） 处理机，于是进程由运行态转换为就绪态。 • 而阻塞态――＞运行态和就绪态――＞阻塞态这二种状态转 换不可能发生。
系统程序设计课程设计 (2)
系统程序设计课程设计简介本课程设计是在系统程序设计课程的指导下进行的。
系统程序设计是一门重要的计算机科学课程，涉及操作系统，网络编程，数据库等内容。
本课程设计旨在让学生深入了解系统程序设计的核心概念，提高其对计算机系统的理解和编程技能。
选题背景随着计算机科学技术的不断发展，对系统程序设计的需求也越来越高。
各种应用程序需要运行在操作系统之上，网络应用程序需要使用网络编程技术进行通信，数据库应用需要使用数据库技术进行数据管理等等。
因此，掌握系统程序设计技能成为计算机科学教育中的重要组成部分。
设计目标本课程设计旨在让学生掌握以下技能：1.编写基于操作系统的应用程序；2.使用网络编程技术进行通信；3.使用数据库管理系统进行数据管理；4.设计并实现一个较完整的系统程序。
设计内容阶段一：操作系统应用程序在第一阶段中，学生将学习如何使用操作系统接口来编写一些基本的应用程序，比如多进程并发编程、信号处理和进程间通信等。
这些应用程序将在Linux操作系统下进行开发。
其中，学生需要编写以下应用程序：1.多进程并发编程实现；2.基于信号机制的任务控制程序；3.基于共享内存和消息队列实现的进程间通信程序。
阶段二：网络编程在第二阶段中，学生将学习如何使用网络编程技术进行通信。
他们将使用TCP/IP协议和套接字编程接口来实现一个简单的网络应用程序。
具体要求如下：1.实现了一个基于TCP协议的客户端/服务器程序；2.实现能够处理多客户端请求的服务器程序；3.学生需要使用多线程或者异步I/O技术提高服务器性能。
阶段三：数据库应用在第三阶段中，学生将学习关系型数据库系统的设计和使用。
他们将使用MySQL数据库系统来管理数据，并编写一个基于Web的应用程序来演示数据管理的功能。
具体要求如下：1.学生需要设计一个适当的数据模型，并在MySQL数据库中实现；2.学生需要编写一个基于Web的应用程序，并使用ORM框架与数据库进行交互。
阶段四：系统程序设计在第四阶段中，学生将集成前面阶段的学习成果，并实现一个具有一定规模和功能的系统程序。
北邮操作系统进程管理实验报告及源代码
进程管理实验报告1. 实验目的:（1）加深对进程概念的理解, 明确进程和程序的区别；（2）进一步认识并发执行的实质；（3）分析进程争用资源的现象, 学习解决进程互斥的方法；（4）了解Linux系统中进程通信的基本原理。
2. 实验预备内容（1）阅读Linux的sched.h源码文件, 加深对进程管理概念的理解；（2）阅读Linux的fork()源码文件, 分析进程的创建过程。
3.环境说明本次实验使用的是win7下的VMWare workstation虚拟机, 安装了ubuntu系统在ubuntu系统下使用code::blocks IDE编写代码并执行程序的4.实验内容:1.进程的创建:（1）实验题目和要求:编写一段程序, 使用系统调用fork() 创建两个子进程。
当此程序运行时, 在系统中有一个父进程和两个子进程活动。
让每一个进程在屏幕上显示一个字符：父进程显示字符“a”, 子进程分别显示字符“b”和“c”。
试观察记录屏幕上的显示结果, 并分析原因。
（2）程序设计说明:参照书上的例子进行设计, 详见源代码（3）程序运行结果截图:（4）程序分析:a,b,c随机出现, 因为父进程与两个子进程之间并没有同步措施, 所以a,b,c随机打印出来, 也就是三个进程的活动次序是随机进行的, 不同的系统可能有不同的进程调度方式。
（5）源程序:#include<sys/types.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>int main(){pid_t pid1,pid2;if((pid1=fork())<0){printf("Fork Failed.\n");exit(-1);}else if((pid1=fork())==0)printf("b\n");else{if((pid2=fork())<0){printf("Fork Failed.\n");exit(-1);}else if((pid2=fork())==0)printf("c\n");else{wait(NULL);printf("a\n");exit(0);}}return 0;}2.进程的控制:要求一：（1）实验题目和要求:修改已经编写的程序, 将每个进程输出一个字符改为每个进程输出一句话, 再观察程序执行时屏幕上出现的现象, 并分析原因。
第四章进程管理
等待队列 2
4.进程控制
创建、撤消进程以及完成进程各状态之间的转 换，由具有特定功能的原语完成 进程创建原语 进程撤消原语 阻塞原语 唤醒原语 挂起原语 激活（解挂）原语 改变进程优先级
进程的创建
创建一个PCB 赋予一个统一进程标识符 为进程映象分配空间 初始化进程控制块
许多默认值 (如: 状态为 New，无I/O设备 或文件...) 如: 把新进程加到就绪队列的链表中
静态部分（PCB和资源表格） 动态部分：核心栈（核心过程的栈结构，不同进程在 调用相同核心过程时有不同核心栈）
PCB的内容
进程描述信息：
进程标识符(process ID)，唯一，通常是一个整数 进程名，通常基于可执行文件名（不唯一） 用户标识符(user ID)；进程组关系 当前状态 优先级(priority) 代码执行入口地址 程序的外存地址 运行统计信息（执行时间、页面调度） 进程间同步和通信；阻塞原因
顺序程序（续）
特征： 程序执行的顺序性 程序执行的封闭性
独占资源，执行过程中不受外界影响
程序执行结果的确定性 即：程序结果的可再现性
程序运行结果与程序执行速度无关，只要 初始状态相同，结果应相同
2.并发程序
并发环境： 在一定时间内物理机器上有两个或两个以 上的程序同处于开始运行但尚未结束的状 态，并且次序不是事先确定的
运行 --> 就绪
进程转换（续1）
运行 --> 等待
当一进程必须等待时
OS尚未完成服务 对一资源的访问尚不能进行 初始化I/O 且必须等待结果 等待某一进程提供输入 (IPC)
操作系统的结构设计
在一个多线程环境中，进程是系统进行保护和资源分配的单位， 而线程则是进程中一条执行路径，每个进程中允许有多个线程， 线程才是系统进行调度的独立单位。 在一个进程中包含有多个可并发执行的控制流，而不是把多个 控制流一一分散在多个进程中，这是并发多线程程序设计与并 发多进程程序设计的主要不同之处。
4.管程
进程概念使OS结构变得清晰，主要表现在：
1）一个进程到另一个进程的控制转移由进程调度机构统一管 理，不能杂乱无章，随意进行。
2）进程间的信号发送、消息传递和同步互斥由通信及同步机 制完成，进程无法有意或无意破坏其它进程的数据。每个进程 相对独立，相互隔离，提高了系统的安全性和可靠性。 3）进程结构较好刻画了系统的并发性，动态地描述出系统的 执行过程，具有进程结构的操作系统，结构清晰、整齐划一， 可维护性好。
4）内核可以使用特权指令。现代计算机都提供常态和 特态等多种机器工作状态，有一类指令称为特权指令， 只允许在特态下使用，规定这类指令只允许内核使用， 可防止系统出现混乱。
内核是操作系统对裸机的第一次改造，内核和裸机组 成多台虚拟机，具有以下一些特性。
1）虚拟机没有中断，进程设计者不再需要有硬件中 断的概念，用户进程执行中无需处理中断。
二、整体式结构的操作系统 (1)
（a）整体式结构
操作系统的整体式结构又叫模块组合法，是基于结构化程序设 计的一种软件结构设计方法。早期操作系统(如IBM操作系统) 采用这种结构设计方法。 1.主要设计思想和步骤
把模块作为操作系统的基本单位，按照功能需要而不是根据程 序和数据的特性把整个系统分解为若干模块（还可再分成子模 块），每个模块具有一定独立功能，若干个关联模块协作完成 某个功能。明确各个模块之间的接口关系，各个模块间可以不 加控制，自由调用；然后，分别设计、编码、调试各个模块。 最后，把所有模块连结成一个完整的系统。
操作系统 第四章 并发
4.1 并发活动－－进程的引人 4.1.5 程序并发执行的特点
一、失去了程序的封闭性
如果程序执行的结果是一个与时间无关的函数， 如果程序执行的结果是一个与时间无关的函数，即 具有封闭性。 具有封闭性。 若一个程序的执行可改变另一个程序的变量， 若一个程序的执行可改变另一个程序的变量 ， 象二 个并发程序完成誊抄的例子， 个并发程序完成誊抄的例子 ， 程序执行的结果不仅依 赖于程序的初始条件， 赖于程序的初始条件， 还依赖于程序执行时的相对速 度，在这种情况下就失去了程序的封闭性。 在这种情况下就失去了程序的封闭性。 教材P71介绍了两个并发程序共享变量的例子 教材P71介绍了两个并发程序共享变量的例子
要解决这些问题， 要解决这些问题， 用程序的概念已经不能描述程序 在内存中运行的状态，必须引人新的概念－－进程。 在内存中运行的状态，必须引人新的概念－－进程。
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4.1 并发活动－－进程的引人
4.1.1 程序的顺序执行
一、概念 一个程序由若干个程序段组成， 一个程序由若干个程序段组成 ， 而这些程序段的执 行必须是顺序的， 行必须是顺序的， 这种程序执行的方式就称为程序的 顺序执行。 顺序执行。 例如：
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4.1 并发活动－－进程的引人 4.1.5 程序并发执行的特点
二、程序与计算不再一一对应
在程序顺序执行时，一个程序总是对应一个具体 的计算，但在程序的并发执行时，可能有多用户共享 使用同一个程序，但处理（计算）的对象却是不同的， 例如，在多用户环境下，可能同时有多个用户调用C语 言的编译程序，这就是典型的一个程序对应多个用户 源ocess) 进程概念(process)
4.2.1 进程的定义
在多道程序设计的环境下， 在多道程序设计的环境下 ， 为了描述程序在 计算机系统内的执行情况， 计算机系统内的执行情况，必须引入新的概念 －－进程。 －－进程。 进程的概念来自于麻省理工的MULTICS 、 进程的概念来自于麻省理工的 MULTICS、 IBM 的 CTSS/360 ， 在 IBM 的 OS/360/370系统中也曾 CTSS/360， IBM的 OS/360/370 系统中也曾 叫过任务（task)。 叫过任务（task)。
《操作系统》复习大纲及习题
《计算机操作系统》复习要点及习题第一章操作系统概述1、操作系统的定义及特征2、操作系统分类：批处理、分时、实时；三种系统的特点；3、理解并发与并行第二章进程管理1、进程的概念2、进程的结构、三种基本状态及状态之间的转换和转换条件3、进程与程序的联系与差别4、进程的并发执行使进程失去顺序性，可能产生与时间有关的错误。
5、共享变量、临界区、临界资源的概念6、进程互斥的概念7、重点：信号量机制——定义整形变量如S表示信号量，S的初值、S>0表示有S个资源可用、S<0则| S |表示S等待队列中的进程个数、S=0表示无资源可用的含义。
P(S)、V(S)操作的含义。
使用信号量机制实现进程互斥、同步问题。
P(S) 表示申请一个资源、V(S) 表示释放一个资源。
P.V操作必须成对出现，有一个P操作就一定有一个V操作。
当为互斥操作时，它们同处于同一进程；当为同步操作时，则不在同一进程中出现。
8、生产者-消费者问题第三章处理机调度与死锁1、重点：处理机调度算法（必须有完整的计算过程，只有结果无过程不能给满分）（1）、先到先服务算法（FIFO）（2）、短作业优先算法（SJF）给定一作业，假定它们同时到达，并且在一台处理机上按单道方式执行，则短作业优先调度算法平均周转时间为最短。
（3）、高响应比优先调度算法（4）、最高优先数算法（5）、循环轮转/时间片轮转算法(RR)2、死锁的概念——一组进程中的每一个进程，均无限期地等待此组进程中某个其他进程占有的，因而永远无法得到的资源，这种现象称为进程死锁。
3、死锁四个必要条件：资源独占、保持申请、不可剥夺、循环等待4、死锁四种处理方法：死锁预防、死锁避免、死锁检测、死锁恢复5、死锁预防的两种方法：预先分配策略、有序分配策略6、死锁避免：进程提出资源请求，系统在分配之前进行安全性检测，若使进程进入不安全状态，则拒绝分配。
重点：银行家算法（必须有完整的计算过程，只有结果无过程不能给满分）6、死锁恢复四种方式：重新启动、终止进程、剥夺资源、进程回退第四章内存管理1、分区分配策略——最先适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法。
操作系统总复习7
操作系统总复习7第⼀章操作系统引论⼀、单项选择题（每题1分，共16分）1、操作系统是⼀种系统软件2、操作系统是⼀组资源管理程序3、现代操作系统的基本特征是程序的并发执⾏，资源共享和操作的异步性。
4、（）不是操作系统关⼼的主要问题。
A.管理计算机裸机B.设计、提供⽤户程序与计算机硬件系统的界⾯C.管理计算机系统资源D.⾼级程序设计语⾔的编译器5、引⼊多道程序的⽬的在于充分利⽤CPU，减少CPU等待时间6、DOS没有多道程序设计的特点。
A. DOSB. UNIXD.OS/27UNIXA. CP/MC. UNIXD. Windows NT8、在分时系统中，时间⽚⼀定，⽤户数越多，响应时间越长。
9、批处理系统的主要缺点是失去了交互性。
10、在下列性质中，独占性不是分时系统的特征。
A. 交互性B. 同时性C. 及时性D. 独占性11、实时操作系统追求的⽬标是快速响应。
A.⾼吞吐率B.C. 快速响应D. 减少系统开销12、途径是系统调⽤13、系统调⽤的⽬的是请求系统服务A.14、它只能通过⽤户程序间接使⽤15、操作系统是采⽤层次结构实现结构设计的。
A. 单块式结构B. 层次结构C. 微内核结构16、UNIX命令的⼀般格式是命令名[选项][参数]⼆、填空题（每空1分，共121、按照所起的作⽤和需要的运⾏环境，软件通常可分为三⼤类，即应⽤软件、⽀撑软件、系统软件。
2、操作系统的体系结构主要有单块结构、层次结构、微内核结构。
3、UNIX系统是多⽤户操作系统，DOS系统是单⽤户操作系统。
现代操作系统通常为⽤户提供三种使⽤界⾯：图形界⾯、操作命令、系统调⽤。
4、计算机中CPU的⼯作分为系统态（管态）和⽤户态（⽬态）两种。
系统态运⾏是CPU执⾏操作系统核⼼程序，⽤户态运⾏是CPU执⾏⽤户程序。
三、简答题（共15分）1、操作系统的定义是什么？它的五⼤主要功能是什么？（共7分）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，是⽤户和计算机之间的接⼝。
程序设计思想与方法
程序设计思想与方法
程序设计思想是指在进行程序设计时所采用的总体思维方式和策略。
程序设计方法则是指实际操作中所采用的具体方法和步骤。
常见的程序设计思想包括：
1. 面向过程：强调程序的顺序和结构。
2. 面向对象：将程序视为对象的集合，通过定义对象间的关系和交互来完成任务。
3. 函数式：将程序视为函数的组合，强调函数间的传递和转换。
4. 事件驱动：程序通过监听和响应事件来实现功能。
5. 并发：利用多线程或多进程实现任务的同时执行。
程序设计方法包括：
1. 分而治之：将复杂问题分解成多个子问题，分别解决后再合并结果。
2. 自顶向下：从整体开始，逐步细化问题，直到得到具体解决方案。
3. 自底向上：从具体问题开始，逐步扩展，形成整体解决方案。
4. 迭代开发：通过多次迭代和反馈持续改进程序。
5. 模块化设计：将程序划分为多个独立的模块，各个模块之间通过接口进行通信。
6. 设计模式：根据常见问题的解决方案，提出了一系列的设计模式，如单例模式、工厂模式等。
综合运用不同的程序设计思想和方法，可以提高程序的设计效率和质量。
不同的项目和场景下，选择合适的思想和方法进行程序设计，有助于解决问题并实现程序的高效和可维护性。
多道程序技术和程序并发执行的条件
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陈香兰
操作系统原理与设计
多道程序技术和程序并发执行的条件 Process Concept 小结和作业
多道程序技术的难点 程序的顺序执行 程序的并发执行
. Outline
. 1 . . 多道程序技术和程序并发执行的条件 多道程序技术的难点 程序的顺序执行 程序的并发执行 . 2 . . Process Concept the Process Process State Process Control Block (PCB) . 3 . . 小结和作业
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陈香兰
操作系统原理与设计
多道程序技术和程序并发执行的条件 Process Concept 小结和作业
多道程序技术的难点 程序的顺序执行 程序的并发执行
. 程序的顺序执行 I
一个较大的程序通常包含若干个程序段。程序在执行时，必 须按照某种先后顺序逐个执行，仅当前一个程序段执行完， 后一个程序段才能执行。 例如
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陈香兰
操作系统原理与设计
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多道程序技术和程序并发执行的条件 Process Concept 小结和作业
the Process Process State Process Control Block (PCB)
. Process Concept III
Process in Memory
多道程序技术的难点 程序的顺序执行 程序的并发执行
. 程序并发执行时的特征
间断性
并发程序“执行－－暂停执行－－执行”
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PCB
程序
数据
作业概念
作业：用户提交的任务， 包括作业步以及每一作业步要求的程序和数据。 例如：用户要运行程序： include “stdio.h” 第一步：编辑文件vi main() 第二步：编译cc {printf(“C 第三步：运行a.out program\n”)} 第四步：得到结果 vi 这些就是作业步。 作业与进程的关系 init shell cc
信号量
信号量：仅能由P、V操作修改的整型变量。
整型值 S 队列指针 Next
P操作
P操作：申请资源操作
(1) S:=S-1； (2) 如果S≥0，则表示有资源，该进程继续 执行；如果S<0，则表示已无资源，执行 原语的进程被置成阻塞状态，并使其在S 信号量的队列中等待，直至其他进程在S 上执行V操作释放它为止。
模型的抽象化与进程分析(p99)
生产者 进程
临界资源
消费者 进程
信号量的设置 Mutex=1 临界资源 Empty=n 空缓冲区的个数 Full=0 满缓冲区的个数
满
生产者/消费者算法描述1
var mutex，empty，full：psemaphore； i,j ， goods ： integer ； buffer ： array [0…n-1] of item； procedure producer； 生产者进程 begin while true do begin produce next product； P(empty)； P(mutex)； buffer(i):=product； i:=(i+1) mod(n)； V(mutex)； V(full)； end end；
目标程序段 x=x+1
程序1 „ R1=X R1=R1+1 X=R1 „ 程序2 „ R2=X R2=R2+1 X=R2 „
执行顺序1：程序1程序2 结果为：X增加2。 执行顺序2：… R1=X; R2=X; R1=R1+1; R2=R2+1; X=R1;
X=R2
结果为： X 增加1。 „ 还可有许多其它组合„
V操作
V操作：释放资源操作
(1) S:=S+1； (2) 如 果 S>0 ， 则 该 进 程 继 续 执 行 ； 如 果 S≤0，则释放S信号量队列的排头等待 者并清除其阻塞状态，即从阻塞状态转 变到就绪状态，执行V(S)者继续执行。
两个经典的同步/互斥问题
生产者与消费者
读者与写者
生产者与消费者问题
pcb 1 程序1 内存共享区Y 程序2 pcb 2 Y=Y+2 output
Y=Y+1
output
同步与互斥
基本概念 同步工具 + 硬件指令 + 信号量与P、V操作 + 并发程序共享资源问题的解决
基本概念
同步 进程之间的一种通信方式，有时序上的制约关系， 或者说是进程之间为了协同工作而存在的一种等 待关系。
次高优先 级
最低优先 级
轮转
刚从CPU上 退下来的进程
优先数法
链头
P1 就绪状态 优先级
中断现场保护区
就绪队列按进程的优先级排序
P2 就绪状态 优先级
中断现场保护区
…
Pn 就绪状态 优先级
中断现场保护区
程序1 程序2
……
程序n
评价调度算法的指标
吞吐量、周转时间、平均周转时间、带权 周转时间和平均带权周转时间
互斥关系：足球比赛中球员之间的
同步工具
同步机制：用于控制进程之间的同步与互斥。
硬件指令：test-and-set（lock）
功能表示如下： test-and-set(lock) begin a:=lock; If lock=0 then lock :=1; reutrn(a) end
其中：lock是内存单元。
轮转调度
最初的队列形成可按照FCFS或者按照优先级 排队
链头
P1 就绪状态 调度信息
中断现场保护区
为每个进程分配一个时间片，轮流运行
P2 就绪状态 调度信息
中断现场保护区
…
Pn 就绪状态 调度信息
中断现场保护区
程序1 程序2
……
程序n
刚从CPU上 退下来的进程
分级轮转法 FCFS
链头指 针
最高优先 级
处理机分配
为进程分配处理机，为进程分配使用CPU 的时间段（时间片） 按照系统服务的目标选择优先级最高的进 程运行 优先级的计算依据 程序的运行、等待、以及中断现场的保护 区问题。
进程概念和基本状态
进程
进程控制 块
基本状态分析
程序运行状态运行状态 时钟中断 程序性中断 程序被中断 其它中断 外部中断 程序等待CPU的状态就绪状态 程序等待I/O设备的状态阻塞状 态
并发意指“同时”。更准确地说，在某一时间里如果两个 活动都处在各自的起点与终点之间，则认为这两个活动是并发 的。 我们把在逻辑上的并行称之为并发。 例子：变量X为共享变量，程序1和程序2都要对X进行访问， 当两个程序执行的速度变化时可得到不同的结果。 程序1 程序2 „ „ R1=X R2=X X=X+1 X=X+1 R1=R1+1 R2=R2+1 „ „ X=R1 X=R2
举例
应用举例
程序1
初始化lock=0 程序的其它部分代码 test-and-set（lock） lock=1
程序2
初始化lock=0 程序的其它部分代码 test-and-set（lock） lock=0 lock=1
lock=0 访问临界资源代码
开锁lock=0 程序的其它部分
访问临界资源代码
开锁lock=0 程序的其它部分
进程调度时的状态
运行
低优先 数就绪 首先选择 高优先 数就绪 图3-6 调度时的进程状态变迁图
因等待 I/O而 阻塞
挂起进程模型
进程通信
临界资源和临界区 同步与互斥 两个经典的同步/互斥问题 其他同步例子 管程 消息缓冲
临界资源和临界区
临界资源critical resource 临界区 critical section
互斥 进程之间对临界资源的一种竞争关系，排他性地 对资源的访问方式。
同步关系和互斥关系举例。
同步关系：公交车的司机与售票员
之间的关系是同步关系。司机启动汽车， 正常行使，到站停车；售票员关车门， 通知司机启动汽车，售票，打开车门。 司乘人员通过信号共同协作，完成工作。 关系即为互斥关系。球员对足球的控制 权是互斥的。
则是为了减少程序并发执行时所付出的时空开销，使操作系 统具有更好的并发性。
线程的定义：
是进程中的一个实体，是被系统独立调度的基本单位。
进程
进程1
… … … … … … … … … … … …
线程1 线程2 线程3 分配处理机
进程调度
进程调度的职能
进程调度亦可称为处理机调度，它协调和控制各进程 对CPU的使用。
祖先 进程
+ 创建原语 + 撤销原语 + 阻塞原语 + 唤醒原语 控制原语与进 程状态的转换
ห้องสมุดไป่ตู้
用户 进程
系统 进程
用户 进程
进程家族树
进程控制原语以及进程的状态转换
结束
撤销 进程
进程 调度
运行
阻塞 进程
时间片 用完 等待I/O完成 阻塞
创建 开始 进程
就绪
I/O完成
唤醒 进程
线程的基本概念
引入线程的目的：
第3章 进程机制与并发程序设计
•引言 •进程的引入和定义 •进程的状态和进程控制块 •进程控制 •线程的基本概念 •进程调度 •进程通信 •死锁
引言
并发与并行概念 同时进行多个任务的需求举例 解决需求采用的技术 处理机分配问题 进程概念和基本状态 作业概念
并发与并行
首先声明：此处的系统是计算机软件系统或者是计算机控制环 境中运行的软件系统。 定义1 设System代表系统，则系统表示为： System = (S,Int,R) 其中， S ： 软件集合； Int： 软件系统与硬件环境的交互关系集合； R：软件子系统之间的交互关系集合。 定义2 如果考虑两个程序,它们在同一时间度量下同时运行在不 同的处理机上，则称这两个程序是并行执行的。 定义3 设有两个活动a1和a2，如果在某一指定的时间t，无论a1 和a2是在同一处理机上还是在不同的处理机上执行，只要a1和 a2都处在各自的起点和终点之间的某一处，则称a1和a2是并发 执行的。 定义4 如果一个软件系统的行为由许多活动构成，假设其中至 少有两个活动是并发执行的，则称该软件系统为并发系统。
生产者/消费者算法描述2
begin seminitial (mutex.v，1；empty.v，n；full.v，0)； i：=j：=0； cobegin producer； consumer； coend end
读者与写者问题
模型的抽象化与进程分析(p100)
写者 进程 . . . 写者 进程 读者 进程
V(mutex)
输入/输出 各种外设 设备 V(mutex) 通信线路
互斥
信号量初值 mutex=1
进程的定义
进程的参考定义有如下几种： 1、进程是程序的一次执行； 2、进程=PCB+程序+数据； 3、进程是一个可拥有资源的独立实体，同时又 是一个可以独立调度的基本单位。
私有 数据块 PCB
程序 段
解决问题的手段
•引入进程的目的，是为了使多个程序并发执行，以改善资 源利用率及提高系统的吞吐量，用进程代表运行的程序。