第六章进程间互斥同步与通信
操作系统第6章 进程互斥与同步
Co-begin void Producer_i( ) (i=1,2…k) { item next_p; while(1){ produce an item in next_p P(empty); P(s); add next_p to buffer V(s); V(full); } } void consumer_j( ) (j=1,2…m) { item next_c; while(1){ P(full); P(s); remove an item from buffer to next_c V(s); V(empty); consume the item in next_c}} Co-end
• 进入临界段之前要申请，获得批准方可进入； • 退出临界段之后要声明，以便其他进程进入。
用程序描述： While(1){ entry_section; critical_section; exit_section; remainder_section; }
解决临界段问题的软件算法必须遵循：
准则1:不能虚设硬件指令或假设处理机数目。 准则2:不能假设n个进程的相对速度。 准则3:当一个进程未处于其临界段时，不应阻止 其他进程进入临界段。 准则4:当若干进程欲进入临界段时，应在有限时 间内选出一个进程进入其临界段。 用准则3，4不难推出下面原则 协调各进程入临界段的调度原则： • 当无进程处于临界段时，允许一个进程立即进入临界段。
3.实现临界段的硬件方法
利用处理机提供的特殊指令实现临界区加锁。 常见硬件指令有: ⑴ “Test_and_Set”指令 该指令功能描述为： int *target ( 限定为0,1） int Test_and_Set (int *target) { int temp; temp = *target ； *target = 1; return temp; }
进程间同步的几种方法
进程间同步的几种方法进程间同步是指两个或多个进程之间进行协调，以确保它们能够正确地执行。
这是多任务操作系统中的重要问题，因为进程之间共享资源，包括内存、文件和网络连接等。
进程同步的关键是确保一组进程在处理共享资源时，能够避免发生竞态条件（Race Condition）和死锁（Deadlock）。
竞态条件指多个进程同时访问共享资源，导致不正确的结果。
死锁指多个进程互相等待，导致它们都无法继续执行。
1. 互斥锁互斥锁是最常见的同步方法之一，它被用来保护共享资源，确保同一时刻只有一个进程可以访问它。
当一个进程获取了锁，其他进程必须等待，直到锁被释放。
在 POSIX 系统中，互斥锁可以通过 pthread_mutex_t 数据类型实现。
我们可以使用pthread_mutex_init() 函数初始化锁，使用 pthread_mutex_lock() 函数获取锁，使用pthread_mutex_unlock() 函数释放锁。
下面是一个例子，展示了如何使用互斥锁同步两个进程对共享变量的访问：```c#include <pthread.h>#include <stdio.h>int count = 0;pthread_mutex_t lock;void *increment(void *arg) {for (int i = 0; i < 1000000; i++) {pthread_mutex_lock(&lock); // 获取锁count++;pthread_mutex_unlock(&lock); // 释放锁}return NULL;}在上面的例子中，我们创建了两个线程，它们分别对共享变量 count 进行了一百万次的递增操作。
我们使用了互斥锁来保护 count 变量，确保同一时刻只有一个线程可以访问它。
2. 信号量3. 条件变量条件变量可以被用来支持更高级的同步机制，如互斥锁和信号量。
操作系统第六章练习题
操作系统第六章练习题一、选择题1. 在操作系统中，下列关于进程状态的描述，错误的是（）。
A. 运行态是指进程正在占用CPUB. 阻塞态是指进程因等待某事件而暂时停止运行C. 就绪态是指进程已经具备运行条件，等待CPU调度D. 空闲态是指进程已经执行完毕，等待被系统回收2. 在操作系统中，下列关于进程调度算法的描述，正确的是（）。
A. 先来先服务（FCFS）调度算法可能导致饥饿现象B. 短作业优先（SJF）调度算法是非抢占式的C. 优先级调度算法中，优先级高的进程一定能立即获得CPUD. 时间片轮转调度算法适用于分时系统3. 在操作系统中，下列关于进程同步与互斥的描述，错误的是（）。
A. 临界区是指进程中访问共享资源的代码段B. 信号量是一种用于实现进程同步与互斥的机制C. Peterson算法可以保证两个进程互斥进入临界区D. 生产者消费者问题可以通过信号量机制解决二、填空题1. 在操作系统中，进程的五大状态包括：____、____、____、____和____。
2. 在进程同步与互斥中，信号量的值表示了____资源的使用情况。
3. 在操作系统中，死锁产生的四个必要条件是：____、____、____和____。
三、简答题1. 请简述进程与线程的区别。
2. 请说明进程调度的主要目标。
3. 请阐述银行家算法的基本思想及其应用场景。
四、编程题1. 编写一个程序，实现进程的创建、撤销和切换。
2. 编写一个程序，使用信号量机制解决生产者消费者问题。
3. 编写一个程序，模拟进程的优先级调度算法。
五、案例分析题进程最大需求量已分配资源量P1 R1=3, R2=2 R1=1, R2=0P2 R2=2, R3=2 R2=1, R3=1P3 R3=2, R4=2 R3=1, R4=0P4 R1=4, R4=3 R1=2, R4=2（1）系统当前可用资源为：R1=1, R2=1, R3=1, R4=1（2）系统当前可用资源为：R1=0, R2=1, R3=1, R4=12. 假设有一个系统采用时间片轮转调度算法，时间片长度为50ms。
操作系统进程通信
P1：count=R1
结果：虽然P1和P2进程各自都执行了对count加1的操作 段，但结果count只增加1。
原因分析：变量count就是临界资源，P1、P2访问count 的两个程序段就是临界区。但是两个进程同时进入了临 界区执行了。
8
19
用中断机制保证锁的安全性
用中断机制保证测试锁状态和关锁操作的原子性。
在测试锁状态前关闭中断； 如果测试不通过，开中断，然后重新测试。 如果测试通过，关锁，然后开中断，进入临界区。
优缺点：
中断关闭时间短，只两条指令。不会影响到中断处理 效率，也不会影响进程的并发特性。
不能用于多CPU系统。
24
刚进入临界区： wanted_in[self] = TRUE CASE1: Wanted_in[other] == FALSE, observer == self CASE2: Wanted_in[other] == TRUE, observer == other， CASE3： Wanted_in[other] == FALSE，且 observer == other（实际上不可能出现）
不在临界区，也没参与竞争临界区：wanted_in[self] == FLASE;
参与竞争临界区，但还没有设置观察进程（刚执行完 wanted_in[self] = TRUE）：
刚设置了观察进程，但还没有执行测试进入： wanted_in[self] == TRUE
处于循环等待态： wanted_in[other] = TRUE 并且 observer == self
20
2-4、锁机制的软件实现
背景：
硬件实现需要代价比较大 移植性差，依赖具体的硬件平台 在多处理环境下有些硬件实现方式不使用，如中
详解进程同步与互斥机制
详解进程同步与互斥机制⽬录⼀、什么是进程同步⼆、什么是进程互斥三、常见的进程同步与互斥机制⼀、什么是进程同步在多道批处理系统中，多个进程是可以并发执⾏的，但由于系统的资源有限，进程的执⾏不是⼀贯到底的，⽽是⾛⾛停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。
那么，进程的异步性会带来什么问题呢？举个例⼦，如果有 A、B 两个进程分别负责读和写数据的操作，这两个线程是相互合作、相互依赖的。
那么写数据应该发⽣在读数据之前。
⽽实际上，由于异步性的存在，可能会发⽣先读后写的情况，⽽此时由于缓冲区还没有被写⼊数据，读进程 A 没有数据可读，因此读进程 A 被阻塞。
进程同步（synchronization）就是⽤来解决这个问题的。
从上⾯的例⼦我们能看出，⼀个进程的执⾏可能影响到另⼀个进程的执⾏，所谓进程同步就是指协调这些完成某个共同任务的并发线程，在某些位置上指定线程的先后执⾏次序、传递信号或消息。
再举个⽣活中的进程同步的例⼦，你想要喝热⽔，于是你打了⼀壶⽔开始烧，在这壶⽔烧开之前，你只能⼀直等着，⽔烧开之后⽔壶⾃然会发⽣响声提醒你来喝⽔，于是你就可以喝⽔了。
就是说⽔烧开这个事情必须发⽣在你喝⽔之前。
注意不要把进程同步和进程调度搞混了：进程调度是为了最⼤程度的利⽤ CPU 资源，选⽤合适的算法调度就绪队列中的进程。
进程同步是为了协调⼀些进程以完成某个任务，⽐如读和写，你肯定先写后读，不能先读后写吧，这就是进程同步做的事情了，指定这些进程的先后执⾏次序使得某个任务能够顺利完成。
⼆、什么是进程互斥同样的，也是因为进程的并发性，并发执⾏的线程不可避免地需要共享⼀些系统资源，⽐如内存、打印机、摄像头等。
举个例⼦：我们去学校打印店打印论⽂，你按下了 WPS 的 “打印” 选项，于是打印机开始⼯作。
你的论⽂打印到⼀半时，另⼀位同学按下了 Word 的 “打印” 按钮，开始打印他⾃⼰的论⽂。
想象⼀下如果两个进程可以随意的、并发的共享打印机资源，会发⽣什么情况？显然，两个进程并发运⾏，导致打印机设备交替的收到 WPS 和 Word 两个进程发来的打印请求，结果两篇论⽂的内容混杂在⼀起了。
操作系统概论第六章
操作系统概论第六章操作系统概论第六章一、单项选择题1.对一组有交互的并发进程来说，它们中的每一个进程(B)A.所含的程序都相同B.所含的程序可以不同，但会涉及到共享变量C.在同一时刻的状态都是相同的D.执行的结果不受其他进程的影响2.PV操作是在信号量上的操作。
若某进程在调用V操作后释放了一个正在等待信号量的进程，那么在调用前信号量的值为(C)A.=0B.=1C.<0D.>03.系统采用PV操作管理可供n个进程共享的文件F，若允许最多m个进程（n≥m≥1）同时读文件，则处于等待读文件的进程数最多有( B )A.1个B.(n-m)个C.m个D.n个4.采用信箱方式进行通信时，不包含在信箱数据结构中的内容是( A )A.信箱名B.可存信件数C.已有信件数D.可存信件的指针5.采用银行家算法可避免死锁的发生，这是因为该算法( D )A.可抢夺已分配的资源B.能及时为各进程分配资源C.任何时刻都能保证每个进程得到所需的资源D.任何时刻都能保证至少有一个进程可得到所需的全部资源6、对于一组有交互的并发进程来说，下列说法正确的是（ C ）A、每个进程分别在不同的数据集合上运行B、进程的执行结果与其执行的相对速度无关C、进程间共享某些资源D、各进程都有固定的中断点7、进程并发执行时可能会产生与时间有关的错误。
形成这种错误是由于若干进程（ A ）A、交替地访问了共享变量B、改变了各自的执行顺序C、占用处理器的时间太长D、执行了相同的程序8、用信箱方式进行进程通信时，信件（ B ）A、由发送者组织，且在信件中指出接收者名B、被存入由信箱指针所指示的位置C、通过send取出D、存人信箱后不能被移动位置9、若某系统有某类资源5个供若干进程共享，不会引起死锁的情况是（ A ）A、有6个进程，每个进程需1个资源B、有5个进程，每个进程需2个资源C、有4个进程，每个进程需3个资源D、有3个进程，每个进程需4个资源10、用PV操作管理必须互斥的一组相关临界区时，若信号量的最小值为-n，则该组相关临界区有（ D ）A、2个B、(n-1)个C、n个D、(n+1)个11.进程间采用信箱方式进行通信时，在信件中应指出（B）A.接收者名B.发送者名C.信件名D.信箱名12.对资源采用按序分配策略可以（A）A.防止死锁B.避免死锁C.检测死锁D.解除死锁13.用PV操作管理临界区时，若有n个进程在等待进入临界区，则这时的信号量值为（D）A. nB. lC. 0D. -n14．若进程用信件来传递信息，那么发送信息者的进程名应()A．存放在信件中B．作为send原语的参数C．作为receive原语的参数D．存放在信箱说明中15．不能防止死锁的资源分配策略是(D)A．剥夺式分配方式B．按序分配方式C．静态分配方式D．互斥使用分配方式16．系统有某类资源5个，供3个进程共享，为保证系统的安全，应限定每个进程申请的资源数不超过(B)A．1个B．2个C．3个D．4个17、有关并发进程的阐述中，不正确的说法是( D )A、进程的执行速度不能由进程自己来控制B、进程的执行速度与进程能占用处理器的时间有关C、进程的执行速度与是否出现中断事件有关D、任何两个并发进程之间均存在着相互制约关系18、用V操作唤醒一个等待进程时，被唤醒进程的状态应该是( B )A、运行B、就绪C、收容D、执行19、系统出现死锁时一定同时保持了四个必要条件，对资源采用按序分配策略后可破坏其中的( D )A、互斥条件B、占有且等待条件C、不可抢占资源条件D、循环等待条件20、有n个进程竞争必须互斥使用的共享资源时，若某进程调用P操作后成为第一个等待使用资源者，则此时信号量的值为( D )A、n-1B、0C、1D、-121、有n个进程竞争某共享资源，系统允许每次最多m个进程同时使用该资源，若用PV操作管理时信号量的变化范围为( C )A、[m，(m+n)]B、[n，(m+n)]C、[(m-n)，m]D、[(m-n)，n]22．并发进程执行的相对速度是( D )A．由进程的程序结构决定的B．由进程自己来控制的C．在进程被创建时确定的D．与进程调度策略有关23．并发进程执行时可能会出现“与时间有关的错误”，引起这种错误的原因是( B ) A．进程执行的顺序性B．访问了共享变量C．程序的结构D．需要的处理器时间24．进程间采用信箱通信方式时，可调用send原语把信件投放到( B )A．发送者信箱B．接受者信箱C．指定的工作区D．指定的PCB25.对一组进程之间有交互的并发进程来说，它们执行时（ A ）A．相互间有依赖关系B．各自包含的程序相同C．速度不受限制D．产生的结果总是确定的26.进程间采用信箱通信方式时应该（ B ）A．当信箱满时，让接受者“等信箱” B．由接收信件者设置信箱C．由发送信件者设置信箱D．在send原语中指出发送者名27.临界区是指( D )A．并发进程中用于实现进程互斥的程序段B．并发进程中用于实现进程同步的程序段C．并发进程中用户实现进程通信的程序段D．并发进程中与共享变量有关的程序段28．对于整型信号量，在执行一次P操作时，信号量的值应( C )A．不变B．加1 ?C．减1 D．减指定数值29.在执行V操作时，当信号量的值( B )时，应释放一个等待该信号量的进程。
实时操作系统考试复习内容
第一章嵌入式系统导论1、RTOS指的是什么？嵌入式系统的定义是什么？P2RTOS指的是嵌入式实时操作系统（Real Time Operating System）。
嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
2、按嵌入式软件结构分类，嵌入式系统可分为哪几类？P9循环轮询系统、前后台系统、单处理器多任务系统、多处理器多任务系统第三章嵌入式软件系统1、什么是“零拷贝”（零复制）技术？P71-72所谓“零拷贝”技术，是指TCP/IP协议栈没有用于各层间数据传递的缓冲区，协议栈各层间传递的都是数据指针，只有当数据最终要被驱动程序发送出去或是被应用程序取走时，才进行真正的数据搬移。
2、（并发，多任务多操作系统）目前操作系统的体系结构有哪些？单块结构、层次结构、客户/服务器（微内核）结构。
第四章嵌入式实时内核基础1、中断响应时间、中断延迟时间的概念是什么？什么是响应性？P126、P124、P94中断响应时间是指从中断发生到开始执行用户中断服务程序的第一条指令之间的时间。
中断延迟时间是指从中断发生到系统获知中断，并且开始执行中断服务程序所需要的最大滞后时间。
响应性是指识别外部事件，并服务该事件。
中断延迟时间=最大关中断时间+中断嵌套时间+硬件开始处理中断到开始执行ISR第一条指令之间的时间最大关中断时间=MAX[MAX(内核关中断时间)，MAX（应用关中断时间）]中断响应时间=中断延迟+保存CPU内部寄存器的时间中断响应时间（抢占式调度）=中断延迟+保存CPU内部寄存器的时间+内核中断服务程序入口函数的执行时间2、可抢占内核与抢占式调度的概念分别是什么？P97可抢占内核：即使正在执行的是内核服务函数，也能响应中断，并且中断服务程序退出时能进行任务重新调度。
如果有优先级更高的任务就绪，就立即让高优先级任务运行，不要求回到被中断的任务，将未完成的系统调用执行完。
操作系统很全很详细的进程同步与互斥 问题
进程的同步
例1：请用信号量机制描述下列并发进程的同步关系。 请用信号量机制描述下列并发进程的同步关系。
S P1
P2
P3
P4 F
进程的同步
解法一：信号量表示进程能否开始。 解法一：信号量表示进程能否开始。 设信号量m1、m2、m3、m4分别表示进程 、P2、 分别表示进程P1 设信号量m1、m2、m3、m4分别表示进程P1、P2、 P3、P4能否开始执行，其初值m1为1，其余均为0。 P3、P4能否开始执行 其初值m1为 其余均为0 能否开始执行，
思考： 思考： 哪个信号量可以省略？ 哪个信号量可以省略？
m1 p4() {
P(m3) ； 执行p3； 执行p3； V(m4) ；
P(m4) ； P(m4)； P(m4)； 执行p4； 执行p4；
}
}
}
}
进程的同步
解法二：信号量表示进程是否结束。 解法二：信号量表示进程是否结束。 设信号量m1、m2、m3、m4分别表示进程 、P2、 分别表示进程P1 设信号量m1、m2、m3、m4分别表示进程P1、P2、 P3、P4是否结束，其初值均为0。 P3、P4是否结束 其初值均为0 是否结束，
进程的同步
例3-2：吃水果。 吃水果。 父亲 父亲 { 洗水果； 洗水果； 放水果； 放水果； } } P1 0 桔子 苹果 女儿 儿子 { 取桔子； 取桔子； 吃桔子； 吃桔子； } P2 女儿 P3 while(true) { 取苹果； 取苹果； 吃苹果； 吃苹果； 儿子
while (true)
p3() { while(1) { P(m3) ； 取苹果； 取苹果； V(m1)； V(m1)； 吃苹果； 吃苹果； } }
进程的同步
进程同步基本概念和原则
进程同步基本概念和原则1.引言1.1 概述进程同步是计算机科学领域中一个重要的概念。
在多任务操作系统中，多个进程并发执行，它们共享系统资源，如内存、文件等。
为了保证系统的正确性和可靠性，需要对进程的执行进行协调和管理。
进程同步的概念就是指在多个进程之间进行协作，使它们按照一定的顺序执行，以避免出现竞争状态和数据不一致的问题。
在并发执行的场景中，由于进程的执行速度和执行顺序是不可预测的，因此可能会引发一些问题，如死锁、饥饿等。
进程同步的目的是为了确保进程按照一定的次序执行，并且能够相互合作完成任务。
通过合理的同步机制，可以避免竞争条件，保证数据的一致性，提高系统的效率和稳定性。
为了实现进程同步，可以使用一些基本的同步机制，如互斥量、信号量、条件变量等。
这些机制通过提供临界区、等待和唤醒等操作，实现了进程之间的协调和合作。
在本文中，我们将介绍进程同步的基本概念和原则。
首先，我们将对进程同步的概念进行详细阐述，介绍其在多任务操作系统中的作用和意义。
然后，我们将介绍一些常用的进程同步原则，包括互斥、同步、顺序等。
通过深入理解这些基本概念和原则，可以帮助读者更好地理解进程同步的内在机制和实现方式。
本文旨在提供关于进程同步的基本知识和理论，并为读者进一步研究和应用进程同步提供参考。
最后，我们将对本文的内容进行总结，并展望进程同步在未来的发展方向。
希望本文能够对读者加深对进程同步的理解，并在实际应用中发挥积极的作用。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写："1.2 文章结构本文分为三个主要部分，包括引言、正文和结论。
引言部分主要对进程同步的主题进行概述，简要介绍进程同步的基本概念和相关原则。
同时，引言部分还介绍了本文的结构，并说明了文章的目的。
正文部分分为2个小节，分别是进程同步基本概念和进程同步原则。
在进程同步基本概念部分，我们将详细介绍什么是进程同步，为什么需要进行进程同步以及进程同步的基本概念和相关术语。
操作系统：进程线程同步的方式和机制,进程间通信
操作系统：进程/线程同步的方式和机制，进程间通信一、进程/线程间同步机制。
临界区、互斥区、事件、信号量四种方式临界区（Critical Section）、互斥量（Mutex）、信号量（Semaphore）、事件（Eve nt）的区别1、临界区：通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。
在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问，如果有多个线程试图访问公共资源，那么在有一个线程进入后，其他试图访问公共资源的线程将被挂起，并一直等到进入临界区的线程离开，临界区在被释放后，其他线程才可以抢占。
2、互斥量：采用互斥对象机制。
只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限，因为互斥对象只有一个，所以能保证公共资源不会同时被多个线程访问。
互斥不仅能实现同一应用程序的公共资源安全共享，还能实现不同应用程序的公共资源安全共享 .互斥量比临界区复杂。
因为使用互斥不仅仅能够在同一应用程序不同线程中实现资源的安全共享，而且可以在不同应用程序的线程之间实现对资源的安全共享。
3、信号量：它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目 .信号量对象对线程的同步方式与前面几种方法不同，信号允许多个线程同时使用共享资源，这与操作系统中的PV操作相同。
它指出了同时访问共享资源的线程最大数目。
它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。
PV操作及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的。
信号量S是一个整数，S大于等于零时代表可供并发进程使用的资源实体数，但S小于零时则表示正在等待使用共享资源的进程数。
P操作申请资源：（1）S减1；（2）若S减1后仍大于等于零，则进程继续执行；（3）若S减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转入进程调度。
V操作释放资源：（1）S加1；（2）若相加结果大于零，则进程继续执行；（3）若相加结果小于等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一个等待进程，然后再返回原进程继续执行或转入进程调度。
操作系统课程考试大纲200912
《操作系统》考试大纲一、总要求本课程地位：本课程是计算机专业的核心课程之一。
本课程性质：本课程是计算机专业的专业基础课程本课程了解、熟悉、掌握的主要内容：操作系统对计算机系统资源实施管理，是所有其他软件与计算机硬件的唯一接口，所有用户在使用计算机时都必须得到操作系统提供的服务。
因此本课程的学习目的是培养学生理解和掌握计算机操作系统的基本原理和设计技能。
通过本课程的学习，要求学生掌握操作系统的基本概念、基本原理、设计方法和实现技术，具有初步分析实际操作系统的能力，为其今后在相关领域开展工作打下坚实的基础。
二、内容1、知识范围第一章操作系统概述⏹操作系统定义及发展简史。
⏹操作系统的分类。
⏹操作系统的五大功能。
⏹操作系统的特征和结构。
第二章进程管理⏹进程的并发与并行；⏹进程的基本状态与转換；⏹进程控制；⏹进程调度；⏹处理机调度⏹进程的同步与互斥；⏹进程通信；⏹进程死锁；⏹线程（补充）。
第三章存储器管理⏹存储管理基本概念；⏹内存的分区存储管理；⏹内存的分页存储管理；⏹内存的分段存储管理；⏹内存的段页式存储管理⏹虚拟存储管理方案。
第四章设备管理⏹I/O系统的组成；⏹I/O控制方式；⏹缓冲技术；⏹设备分配；⏹设备处理；⏹存储设备。
第五章文件管理⏹文件系统基本概念；⏹文件结构与分类；⏹目录管理；⏹文件共享和保护；⏹外存空间管理。
第六章操作系统接口（作业管理）⏹作业的分类；⏹作业的状态；⏹用户接口；⏹Unix用户接口描述；⏹作业调度的功能和调度算法（补充）。
2．要求第一章操作系统概述本章知识点包括：操作系统定义及发展简史；操作系统的分类；操作系统的五大功能；操作系统的特征和结构。
要求学生熟练掌握重点掌握操作系统的定义，操作系统的三大基本类型和五大功能，掌握操作系统的特征,作业管理的概念；了解操作系统的发展，操作系统的结构。
第二章进程管理本章知识点包括：“进程”概念；进程的并发与并行；进程的基本状态与转換；进程控制；进程调度；进程的同步与互斥；进程通信；进程死锁；线程。
智慧树知到《计算机操作系统》章节测试答案
智慧树知到《计算机操作系统》章节测试答案第一章1、操作系统的主要功能是管理计算机系统中的（）A.进程B.作业C.资源D.程序和数据答案：资源2、关于多道批处理操作系统,以下说法错误的是（)A.可提高计算机系统的工作效率B.在作业执行时用户可以直接干预作业的执行C.可提高系统资源的利用率D.可提高系统吞吐量答案: 在作业执行时用户可以直接干预作业的执行3、对可靠性和安全性要求极高，而不强求系统资源利用率的操作系统是（）A.批处理操作系统B.分时操作系统C.分布式操作系统D.实时操作系统答案：实时操作系统4、操作系统是伴随着计算机的诞生而诞生的.A.对B.错答案: 错5、早期的计算机上没有操作系统,通常按“人工操作方式”来控制计算机运行.A.对B.错答案：对6、单道批处理系统的运行过程中必须让操作人员干预.A.对B.错答案：错7、在单道批处理系统中,整个内存只用来存放一个用户程序,只有多任务操作系统中才划分出一部分空间用来存放管理程序。
A.对B.错答案: 错8、（多选）进程的什么特性带来了操作系统的不确定性?A.并发性B.共享性C.异步性D.虚拟性答案: 并发性，共享性9、（多项选择)在一个（）批处理系统中，内存中同时驻有多个进程，它们以轮流方式使用CPU和计算机的其它资源。
多个进程同时运行于多台处理机上，是一种（）处理方式。
A.单道B.多道C.并行D.并发答案：多道,并发10、（多项选择)下面列出的一些功能程序，你认为哪些适合放入内核？A.代码加载程序和代码卸出程序B.时钟中断处理程序C.键盘中断处理程序D.键盘命令解释程序E：磁盘扫描与格式化程序F:数据通信用的协议转换程序答案: 代码加载程序和代码卸出程序，时钟中断处理程序，键盘中断处理程序,键盘命令解释程序第二章1、作业控制方式主要有两种：脱机作业控制方式和联机作业控制方式。
A.对B.错答案：对2、脱机作业控制又称为“批作业”控制。
在这种处理方式中，作业提交时必须同时向系统提交用作业控制语言书写的作业说明书.作业提交以后被存放在外存的作业池中。
智慧树知到《计算机操作系统》章节测试答案
智慧树知到《计算机操作系统》章节测试答案第一章1、操作系统的主要功能是管理计算机系统中的( )A.进程B.作业C.资源D.程序和数据答案: 资源2、关于多道批处理操作系统，以下说法错误的是()A.可提高计算机系统的工作效率B.在作业执行时用户可以直接干预作业的执行C.可提高系统资源的利用率D.可提高系统吞吐量答案：在作业执行时用户可以直接干预作业的执行3、对可靠性和安全性要求极高，而不强求系统资源利用率的操作系统是（）A.批处理操作系统B.分时操作系统C.分布式操作系统D.实时操作系统答案：实时操作系统4、操作系统是伴随着计算机的诞生而诞生的.A.对B.错答案: 错5、早期的计算机上没有操作系统,通常按“人工操作方式"来控制计算机运行。
A.对B.错答案：对6、单道批处理系统的运行过程中必须让操作人员干预。
A.对B.错答案: 错7、在单道批处理系统中，整个内存只用来存放一个用户程序，只有多任务操作系统中才划分出一部分空间用来存放管理程序。
A.对B.错答案: 错8、(多选）进程的什么特性带来了操作系统的不确定性？A.并发性B.共享性C.异步性D.虚拟性答案：并发性，共享性9、（多项选择）在一个()批处理系统中，内存中同时驻有多个进程，它们以轮流方式使用CPU和计算机的其它资源。
多个进程同时运行于多台处理机上，是一种（）处理方式。
A.单道B.多道C.并行D.并发答案：多道,并发10、（多项选择）下面列出的一些功能程序，你认为哪些适合放入内核？A.代码加载程序和代码卸出程序B.时钟中断处理程序C.键盘中断处理程序D.键盘命令解释程序E：磁盘扫描与格式化程序F：数据通信用的协议转换程序答案：代码加载程序和代码卸出程序,时钟中断处理程序，键盘中断处理程序，键盘命令解释程序第二章1、作业控制方式主要有两种:脱机作业控制方式和联机作业控制方式。
A.对B.错答案: 对2、脱机作业控制又称为“批作业”控制。
同步和互斥的概念
同步和互斥的概念
同步和互斥是并发编程中的两个重要概念。
同步：同步是指在多个线程或进程之间协调其执行顺序的过程。
当多个线程或进程需要共享资源或相互依赖时，需要进行同步操作，以确保它们按照预定的顺序执行，避免出现竞态条件（Race Condition）或其他并发问题。
常见的同步机制有互斥量、信号量、条件变量等。
互斥：互斥是指一次只允许一个线程或进程访问共享资源的机制。
当某个线程或进程获得了对共享资源的访问权限时，其他线程或进程必须等待其释放资源后才能访问。
互斥机制通过加锁和解锁来控制资源的访问。
常见的互斥机制有互斥量（Mutex）和临界区（Critical Section）。
在并发编程中，同步和互斥通常是配合使用的。
通过同步机制确保线程或进程的执行顺序，避免数据竞争和并发问题的发生；而互斥机制则用于保护共享资源，确保同时只有一个线程或进程能够访问共享资源，避免多个线程或进程同时修改资源导致的数据一致性问题。
进程间的互斥和同步问题(一)
进程间的互斥和同步问题(一)进程间的互斥和同步问题在多进程编程中，进程间的互斥和同步问题是一个重要的概念。
下面列举了相关的问题，并对其进行解释说明。
1. 互斥问题•定义：互斥指的是多个进程或线程对同一共享资源的访问是否有序的问题。
•问题描述：当多个进程同时竞争一个共享资源时，可能会出现资源竞争和数据不一致的情况。
•解决方案：使用互斥锁（Mutex）来实现对共享资源的互斥访问，保证每一次只有一个进程或线程能够访问该资源。
2. 同步问题•定义：同步指的是多个进程或线程之间如何进行有序的合作和协调。
•问题描述：当多个进程之间存在依赖关系，需要按照特定的顺序执行时，可能会出现数据不一致或死锁的情况。
•解决方案：使用同步机制（如信号量、条件变量等）来实现进程间的同步，保证各个进程按照特定的顺序执行。
3. 死锁问题•定义：死锁是指在多进程或多线程系统中，彼此因争夺资源而陷入无限等待的状态。
•问题描述：当多个进程互相持有对方所需的资源并等待对方释放资源时，可能会导致死锁的发生。
•解决方案：通过合理的资源分配和调度策略，避免进程之间出现相互依赖的情况，从而避免死锁的发生。
4. 临界区问题•定义：临界区是指在多进程或多线程环境中访问共享资源的一段代码区域。
•问题描述：当多个进程同时访问临界区时，可能会出现数据不一致或竞态条件的问题。
•解决方案：使用互斥锁或其他同步机制来保护临界区的访问，只有获得锁的进程才能够执行临界区的代码，其他进程必须等待。
5. 进程间通信问题•定义：进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）指的是实现不同进程之间的信息交换和数据传输。
•问题描述：当多个进程之间需要共享数据或进行协作时，需要有效的通信机制来实现数据的传递。
•解决方案：使用各种IPC机制（如管道、消息队列、共享内存等）来实现进程间的通信，保证数据的正确传输和共享。
综上所述，进程间的互斥和同步问题是多进程编程中不可忽视的重要问题，通过合理的设计和使用适当的同步机制，可以有效解决这些问题，提高程序的并发性和可靠性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
理发师睡觉问题
► 理发店里有一位理发师、一把理发椅和n把供等 候理发顾客坐的椅子。如果没有顾客，则理发师 便在理发椅上睡觉。
► 缺点：交由用户进程管理中断的开关是非常不安全的， 一旦用户程序关中断后忘记打开，则整个系统将无法响 应外部事件而崩溃；另外，在多处理器系统中，关中断 也仅屏蔽本处理器的中断响应，对其他处理器中运行的 进程无法屏蔽。
► 因而通常中断屏蔽都由OS进行管理，由OS使用它来保证 一些核心操作的不可中断性。
} }
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
经典解法
#define N 5 #define LEFT (i-1)%N #define RIGHT (i+1)%N #define THINKING 0 #define HUNGRY 1 #define EATING 2 int state[N] semaphore mutex=1 semaphore s[N]={0, 0, ..., 0}
up(mutex);
//结束互斥
up(empty);
//增加一个空缓冲区
}
}
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
哲学家进餐问题
►五个哲学家围坐在一 张圆桌周围，每个哲 学家面前都有一盘通 心粉，由于通心粉很 滑，所以要两把叉子 才能夹住。相邻两盘 子之间有一把叉子， 餐具摆放如右图所示
PPT文档演模板
lock=0; //退出临界区后解锁，使其他进程可以进入
non_critical_section();
}
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
严格轮转法
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
Peterson方案
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
TSL指令（测试与设置指令）
•Intel CPU中对应的TSL指令汇编指令码为BTS
► 原语（原子操作）：操作过程不可中断，必须以 一个整体进行执行地系统基本操作
► 对于信号量操作的原语只有两个：UP和DOWN
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
DOWN原语（P操作）
►(1)若信号量S大于0，则 将S减1，P操作返回， 该进程继续执行
►(2)若信号量S等于0，则 将进程挂入S的等待队列， 将进程设置为阻塞状态， 并转调度程序
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
互斥（Mutual Exclusion）
►互斥：一组并发进程中的一个或多个程序 段，因共享某一公有资源而导致他们不能 同时进入临界区称为互斥。
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
互斥方案应满足的4个条件
►任何两个进程不能同时处于临界区 ►不应对CPU的数目和速度做任何假设 ►临界区外的进程不得阻塞其他进程 ►不得使进程在临界区外无休止地等待
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
不正确解法
#define N 5 void philosopher(int i) {
while(true) { think(); take-fork(i); take-fork((i+1)%N); eat(); put-fork(i); put-fork ((i+1)%N);
up(mutex);
//互斥结束
up(full);
//增加一个可用消息
}
}
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
消费者进程
void consumer()
{
int item;
while(true){
down(full);
//获得一可用消息
down(mutex); //互斥访问消息缓冲区
get-item(&item); //取得消息并从队列删除
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
生产者进程
void producer()
{
int item;
while(true){
produce-item(&item); //产生消息
down(empty);
//获得一个消息缓冲块
down(mutex);
//对消息的缓冲要互斥
enter-item(item); //将消息送入缓冲区
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
锁变量
int lock=0;
//初始情况下没有进程进入临界区
Processi()
{
while (lock==1) ;//当其他进程在临界区工作时，忙等待
lock=1;
//设置锁变量，防止其他进程进入
critical_section(); //进行临界区相关操作
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
信号量(semaphore)
► 信号量使E.W.Dijkstra在1965年提出的一种方法， 他建议引入一个新的变量类型，称作信号量。信 号量是一个整数，其值可以为0或某个正整数， 分别表示不可进入临界区以及能够进入的进程数 目。
► 信号量：是一个仅能由同步原语对其进行操作的 整型变量。
互斥的需要
•void SendPrint() •{ •1 if ((in+1)%N==out) •2 exit(0); •3 else •4 in=(in+1)%N; •5 file[in]=printfile; •6 return; •}
•ProcessA(){ •…… •SendPrint() •} •ProcessB(){ •…… •SendPrint() •}
down(mutex); state[i]=THINKING; test(LEFT); test(RIGHT); up(mutex); }
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
读者－写者问题
►设想一个飞机订票系统，其中有许多竞争的 进程试图读写其中的数据。多个进程同时读 是可以接受的，但一个进程正在更新数据库， 则所有其他进程都不能访问数据库，即使读 操作也不行。
第六章进程间互斥同步与通信
临界区（Critical Section)
►临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源 称为临界资源。
►临界区：进程中对于临界资源访问的程序段 称为临界区。
►间接制约：由于共享某一公有资源而引起的 在临界区内不允许并发进程交叉执行的现象， 称为由共享公有资源造成的并发进程执行速 度的间接制约，简称间接制约。
放回
•S=S+1
•返回
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
生产者－消费者问题
► 问题描述：两个进程共享一个公共的固定大小的缓 冲区。其中的一个，生产者，将信息放入缓冲区； 另一个，消费者，从缓冲区中取出信息。
► 当缓冲区已满，而此时生产者还想向其中放入一个 新的信息则让生产者睡眠，待消费者从缓冲区取走 一个或多个信息时再唤醒它。
►异步环境下的一组并发进程，因直接制约而 互相发送消息而进行相互合作、相互等待， 使得各进程按一定的速度执行的过程称为进 程间的同步。
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
生产者－消费者问题信号量定义
#define N 100 semaphore mutex=1; //互斥信号量 semaphore empty=N; //开始时候可用的消息缓冲区数为N semaphore full=0; //开始时候可用的消息为0
进程间通信IPC
►在两个或多个进程间传递信息或共享数据的 机制，称之为进程间通信（Inter-Process Communication）
►UNIX操作系统中的管道技术（Pipe）就是一 种IPC
►在IPC的过程中，主要要解决两类问题：互斥 和同步
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
PPT文档演模板•Pຫໍສະໝຸດ 语•否•S>0
•是
•调用进程进入等待队列
•S=S-1
•返回
•转进程调度
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
UP原语（V操作）
►(1)若信号量S的等待队
•V原语
列中有等待进程，则取
队首进程，将其置为就
•是
•是否有等待进程
绪状态并返回。
►(2)否则信号量S加1，并
•否
•取队首进程置为就绪态
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
哲学家过程
void philosopher(int i) {
while (true){ think(); take-forks(i); eat(); put-forks(i);
} }
PPT文档演模板
void test(i) {
if (state[i]==HUNGRY&& state[LEFT]!=EATING&& state[RIGHT]!=EATING) {
进程并发运行所带来的问题
►由于系统资源的共享性，并发进程的执行结 果失去了封闭性和可再现性。
►满足Bernstein条件的并发进程能够保持封闭 性，但是Bernstein条件限制太过严格，不符 合大多数实际环境的需要。
►因而，OS需要寻求一种机制，满足进程间共 享资源的需要。
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信
互斥的实现方案
►关中断 ►锁变量 ►严格轮换法 ►Peterson方案 ►TSL硬件指令（Intel平台为BTS指令） ►信号量 ►管程 ►消息传递
PPT文档演模板
第六章进程间互斥同步与通信