02326操作系统第4章课后思考题

1、何谓之与时间有关的错误？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。

与时间有关的错误是指两个程序都以各自的速度交叉着运行，同时访问共享信息导致的错误。

比如程序A对共享变量p执行+1操作后，休眠一秒输出变量p,程序B对共享变量p执行减1操作后，休眠一秒输出变量p。

导致的结果就会和想象中的不相同。

并发程序不一定都导致时间相关的错误，我们可以对共享变量加锁来解决这个问题
2、什么是临界区，什么是相关临界区，对相关临界区的使用规则？系统中某些资源一次只允许一个进程使用，则这类资源被称为临界资源，而在进程中访问临界资源的程序被称为临界区。

多个进程涉及到同一个临界资源的临界区被称为相关临界区。

使用规则：（1）只能选择一个进程进入临界区，其他进程必须等待。

（2）不能强迫一个进程无限的等待进入他的临界区
（3）任何一个进程在进入临界区后都要在有限的时间内退出临界区。

3、若使用P、V操作管理某一组相关临界区，其信号量S的值在【-1，1】之间变化，当S=-1,s=0,S=1时，他们各自的物理含义是什么？当S=-1，临界区已满，且有一个进程正在等待
当S=0，临界区已满
当S=1, 临界区为空
4、两个并发执行的进程A和B的程序如下：
进程A：
While(true){
N = N+5;
};
进程B：
While(true){
打印N的值；
N = 0；
};
其中，N为整数，初值为4，若进程A先执行3次循环后，进程A 和进程B又并发执行了一个循环，请写出可能出现的打印值。

答：可能出现的打印值：19，0，24。

因为N初值为4，若进程A先执行了三个循环，此时N的值为19。

当进程A和进程B并发执行时可能会有如下两种执行次序，即进程A先执行一次循环，然后再进程B执行一次循环，此时打印的是正确值24，执行后N中的值为0。

但若进程B先执行一次循环，然后再进程A执行一次循环，则打印的值是19，执行后N中的值是0。

这是错误的，即发生了与时间有关的错误。

用P、操作进行管理，使进程A和B并发时不会出现与时间有关的错误的程序如下：(S为互斥信号量，初值为1)，
进程A 进程B
while(1){ while(1){
P(S); P(S);
N=N+5; 打印N的值；
V(S); N=0；
} V(S);
};
5、a,b两点之间有一段单行车道，现在设计一个自动管理系统，管理规则如下：允许同方向的车同时驶入ab段，但另一方向的车必须在ab段外等待，当ab之间无车辆在行驶时，到达a点（或者b点）的车辆可以进入ab段，但不能从a点或者b点同时驶入，当某方向在ab段行驶的车辆驶出了ab段且同方向无车辆进入ab段的时候，应让另一方等待的车辆进入ab段行驶，请编写程序，使用PV操作实现对ab段的正确管理以保证行驶安全。

a() //a点
{
While(true)
{
//准备驶入
P(ab)
P(empty)
//驶出
V(empty)
V(ab)
}
}
b() //b点
{
While(true)
{
//准备驶入
P(ab)
P(empty)
//驶出
V(empty)
V(ab)
}
}
6. 今有三个进程R、M、P，它们共享一个缓冲区B。

R负责从输入设备读信息，每次读出一个记录并把它存放在缓冲区B中：M在缓冲区加工读入的记录；P把加工后的记录打印输出。

输入的记录经加工输出后，缓冲区中又可存放下一个记录。

请用P、V操作为同步机构写出他们并发执行时能正确工作的程序。

答：三个进程共用一个缓冲区B，他们必须同步工作，可定义三个信号量：
S1：表示是否可把读人的记录放到缓冲区，初始值为1.
S2：表示是否可对缓冲区中的记录加工，初始值为0.
S3：表示记录是否加工好，可以输出，初始值也为0.
三个进程可如下设计：
While(1){ //读记录；
P（S1）;
记录存入缓冲区；
V（S2）;
};
While(1){ //加工记录；
P（S2）；;
P(S3)
加工记录；
V（S3）;
V(S1);
};
While(1){ //取记录；
P(S3)
输出加工后的记录；
V（S1）；
}；
7.
要求：当发车时间到，售票员关好车门后，司机才能启动车辆，售票员开始售票；当到站后，司机停车后，售票员才能打开车门，乘客下车，站牌乘客上车。

设置两个信号量：
S1：判断是否到站
S2：判断是否可以离站
司机：售票员：
While(1){ while(1){
正常行驶到站，P(S1)；
停车开车门
V(S1); 售票、关车门
P(S2); V(S2);
离开车站};
}；
9.
10、设有两个优先级相同的进程P1,P2，如下所示，信号量S1,S2的初值都为0，试问P1,P2并发执行后，X,Y,Z的值各是多少？
进程P1：
Y =1;
Y = y+2;
V(S1);
Z = y+1;
P(s2);
Y = z+y;
进程P2：
X=1;
X = x+1;
P(s1);
X = x+y;
V(s2);
Z = x+z;
x=5,y=7,z=9;
12.
读者的动作有两个，一是填表进入阅览室，这时要考虑阅览室里是否有座位；一是读者阅读完毕，离开阅览室，这时的操作要考虑阅览室里是否有读者。

读者在阅览室读书时，由于没有引起资源的变动，不算动作变化。

算法的信号量有三个：
seats——表示阅览室是否有座位（初值为100，代表阅览室的空座位数）；
readers——表示阅览室里的读者数，初值为0；用于互斥的mutex，
初值为1。

读者进入阅览室的动作描述getin：while(TRUE){
P (seats); /*没有座位则离开*/
P（mutex）/*进入临界区*/
填写登记表;
进入阅览室读书;
V（mutex）/*离开临界区*/
V（readers）
}
读者离开阅览室的动作描述getout：while(TRUE){
P（readers）/*阅览室是否有人读书*/ P（mutex）/*进入临界区*/
消掉登记；
离开阅览室；
V（mutex）/*离开临界区*/
V（seats）/*释放一个座位资源*/ };
13.
为了控制两个进程依次使用输入设备进行输入，需分别设置三个信号量S1、S2，其中S1的初值为1，S2初值为0。

使用上述信号量后，两个进程不会同时使用输入设备，故不必再为输入设备设置互斥信号量。

另外，还需设置信号量Sb、Sy、来分别表示数据b是否已经输入，以及y是否已计算完成，它们的初值均为0。

三个进程的动作可描述为：P1：
P(S1);
从输入设备输入数据a；
V(S2);
P(Sb);
x=a+b;
P(Sy);
使用打印机打印出x、y的结果；
P2：
P(S2);
从输入设备输入数据b；
V(Sb);
y=a*b;
V(Sy);
14. 进程间有哪几种通信方式？各有什么特点？各种方式分别适用于那些情况？
解决进程间的大量信息通信的问题有三类方案：共享内存、消息机
制、以及通过共享文件进行通信，及管道通信。

共享内存：在互相通讯的进程之间设有一个公共内存区，一组进程向该公共内存中写，另一组进程从公共内存中读，通过这种方式实现两组进程间的信息交换。

消息机制：是用于进程间通信的高级通信原语之一。

(1) 消息缓冲通信：利用内存中公共消息缓冲区实现进程之间的信息交换。

消息缓冲区是由：消息长度、消息正文、发送者、消息队列指针组成的数据结构。

(2) 信箱通信：为了实现进程间的通信，可以设立一个通信机构——信箱，以发送信件以及接受回答信件为进程间通信的进本方式。

一个信箱的接口可以由信箱说明和信箱体两部分组成。

信箱说明有如下的数据结构：可存信件数，已有信件数。

管道通信：所谓管道，就是连接两个进程之间的一个打开的共享文件，专用于进程之间进行数据通信。

管道通信的基础是文件系统。