操作系统习题

2[解答]：据题意，需设一个信号量s1，初值为0，用于控制理发师工作与顾客要 求理发之间的关系；另设一个信号量s2,初值为0，用于控制顾客等候与顾客离去 之间的同步关系。还需设一个计数器count,初值为0，当一个顾客到达时，count加 1；离开时，减1。两种情况下都要根据count的不同取值而采取不同的操作。因为 顾客进入和离开时，都要对count操作，即count是顾客进入与离开的共享变量，所 以要互斥操作。为此再设一互斥信号量mutex。 Var s1,s2,mutex:semaphore:=0,0,1; customer:begin var count:integer:=0; repeat BEGIN p(mutex); parbegin if(count=N+1) barber: begin {v(mutex);exit;} repeat count=count+1; rest; if(count>1) … {v(mutex);p(s2);} p(s1); else cuthair; {v(s1); haircut;} until false …... end p(mutex);count=count-1; parend if(count>0) v(s2);v(mutex); exit; END end
OS基本概念
• • • • • OS的功能 OS的功能模块 OS的发展 OS的概念 OS的分类
进程的描述与控制
• • • • • 进程的概念 进程和程序的区别 进程的特征 进程控制块 进程控制原语
进程同步
• • • • • • 进程互斥的含义 互斥的硬、软件解决方法 信号量机制解决互斥 进程同步 经典的进程同步问题 进程通信
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3.[解答] 例如：当前CPU空闲，就绪队列为空，那么一 个进程由于解除封锁而进入就绪队列时，就会 立即引起调度。 又如: 系统实行的是剥夺式调度策略，当一个 比运行进程优先级高的进程进入就绪队列时， 就重新进行调度。那么如果解封的进程的优先 级高于当前运行的进程的优先级，显然会引起 一次重新调度。
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5.[解答] 这是可能的。比如在进程A时间片到后，被迫 回就绪队列时，队列恰为空。于是进程A排在 就绪队列首，则调度到的进程仍是A。 又如就绪队列按优先级排列，在进程A时间片 到后，回到就绪队列，由于其优先级高于当前 就绪队列中的其它进程，因此它将排在就绪队 列之首，从而再次被调度。
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6.[解答] 1）如图所示，变迁1由进程调度程序引起，变迁 2由时间片引起，变迁3由等待I/O完成，求同 步等引起，变迁4由阻塞 原因解除引起。 2）如果就绪队列非空，则一个 进程的变迁3就会 引起就绪队列中某个进程的变迁1发生。 3）当某一进程运行时间片时（即发生变迁2） 就必然引起某一进程的变迁1.某一进程的变迁 3 决不可能引起另一进程的变迁2.某一进程的 变迁 4有可能引起另一进程的变迁1。比如 ， 当运行队列和就绪队列均空时，某一进程的变 迁4就会立即引起该进程的变迁1。
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5 4 7
11.设有两个优先级相同的进程P，Q 程序分别如下：
进程P： P1 y=1; P2 y=y+z; P3 V(s1); P4 z=y+1; P5 P(s2); P6 y=z+y;
进程Q: Q1 x=1; Q2 x=x+1; Q3 P(s1); Q4 x=x+y; Q5 V(s2); Q6 z=z+y;
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1.[解答]在汽车不断地到站，停站，行驶过程中，售票员开车门，下乘客，上乘客和关 车门的活动是在汽车到站停车后开始，开车前结束的。即，当汽车到站停车后，售票 员可以开车门，下乘客，上乘客，关车门；当关好车门后，司机可以启动车辆，正常 行车和到站停车。为此，我们引入两个信号量s1和s2,s1用来实现司机开车与售票员关 门之间的同步，s2用来实现司机停车与售票员开门之间的同步，并假定汽车的初始状 态为停车状态。其控制流程如下： var s1,s2:semaphore:=0,0; BEGIN parbegin driver: begin conductor: begin repeat repeat p(s1); 上乘客； 启动车辆； 关车门； 正常行车； v(s1); 到站停车； 售票； v(s2); p(s2); until false; 开车门； end 下乘客； until false parend end 返回 END
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3[解答]： 以由南向北的汽车为例，如果它发现北方已有车上了桥，就应在南边等待，只 有北方的车或车队全部通过桥面，然后才被唤醒。因此对南方的车辆应设置一个初 值为0的记录型同步信号量delays,运行过程中，delays的绝对值，是南方等待过桥的 车辆数目，若北方没有车在桥上，则南方来车后就可过桥，紧跟的车形成一个车队， 依此通过，因此要有一个记录车队拥有车数的计数器south,初值为0，来一辆车，在 south上加1；过一辆车，south减1。当south为0时，表示南方车队全部过完，这时应 唤醒北方等待过桥的所有汽车。对于由北向南的汽车，也同理。因此，应如下设置 信号量与计数器：初值为1的互斥信号量：mutex (用于计数器的互斥操作） 初值为0的记录型同步信号量：delays 与delayn；初值为0的计数器：south 与 north 同步过程如下所述 BEGIN SOUTHERNCARS：begin PARBEGIN repeat SOUTHERNCARS； 到达；p (mutex); NORTHERNCARS； if (north>o) {v(mutex);p(delays);} PAREND else {south=south+1;v(mutex);} END 过桥；离开； p(mutex); south=south-1; if (south=0) while(delayn<0) v(delayn);v(mutex); 返回 until false end
答案
3.过桥问题 答案 从北或南来的汽车都必须通过横跨河上 的一座桥，如图所示。由于桥面只能容 纳一辆车的宽度，因此在任何时刻只能 通过一辆或多辆来自同一方向的汽车， 试利用信号量及其P，V操作，为南来北 往的汽车编写程序，以保证它们安全地 到达、驶过、离开此桥，以到达对岸。
北
桥 南
4.桌上有一空盘，允许存放一只水果。爸爸可 向盘中放苹果，也可向盘中放桔子，儿子专等 吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。规定 当盘空时一次只能放一只水果供吃者取用，请 用P、V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进 程的同步。
6.有进程状态变迁图,如图所示 问:1)引起各种进程状态变迁的事件各是 什么? 2)在观察系统中的各个进程时,会见到 一个进程的状态变迁而引起另一个 进程状态变迁的情形.在什么情形 下,一个进程的变迁3能立即引起另 一进程的变迁1? 3)在什么情形下,如果有的话,将发生 下述的因果变迁(2->1,3->2,4->1)?
1 2 4
答案
运行
3
就绪
阻塞
复习思考题 3（进程同步）
1.设公共汽车上，司机和售票员的活动分别是：
司机： 启动车辆 正常行车 到站停车 售票员： 上乘客 关车门 售票 开车门 下乘客 在汽车不断的到站、停车、行驶过程中，这两个活 动是什么同步关系，并用信号灯的P，V操作实现其 同步。 答案
2.理发师问题： 理发店由一个等候室（其中有N把椅 子）和一个理发室（一把理发椅）组成。 如果没有顾客来理发，理发师就在理发 椅上睡觉，如果一个顾客走进理发店， 发现等候室的椅子都坐满，就离开理发 店；如果理发师正忙于理发，那么该顾 客就坐在一把椅子上空等；若理发师正 在睡觉，则顾客就唤醒他。请用P，V操 作来协调解决这一问题。
2.[解答] 在早期的单道程序系统里，一切系统资源都被运行程序所独 占，CPU按照程序所规定的动作一步一步的顺序执行，不会受到 该程序以外其他因素的影响，每次运行的结果都是相同的。 为了提高系统各种资源的利用率，引入了多道程序设计。在 此环境下，同时保留在主存的几道用户程序都在执行着，都在按 照自己程序规定的功能向前进展。于是这些逻辑上相互独立的程 序，在执行时间上相互重叠，一个 程序的执行还没有结束，另 一个程序的执行已经开始。即，各道程序之间是并行工作的，多 道程序系统的本质就是把并发程序的执行引入到了计算机系统中。 程序运行，就要使用系统资源。多个程序并发执行，即共享 系统的资源。但由于系统资源是有限的，不可能同时满足每个程 序对它们的要求，因此程序之间必然会出现相互制约的关系，从 而使各程序在系统内所处状态不断变化，时而在处理机上运行， 时而因等待某事件的发生而阻塞 。所以，“程序”在多道程序 里，表现出单道程序里不具有的特性：并发，制约和动态。为了 区分两种不同的“程序”，故而引入了进程的概念。
其中s1,s2是初值为0的信号量,z=2,若调度程序执行 的策略是FCFS，试问执行序列和运行结果是什么？
填空题
• 提高 CPU和外设的并行工作能力，进而 提高整个系统的效率 • 缺乏交互性 • 减少程序并发执行时所付出的时空开销
名词解释:PCB 进程控制块PCB是为描述进程的运 动变化过程而采用的一个与进程相联 系的数据结构,用于记录管理进程所 需的信息,描述进程的瞬间特征.它是 进程存在的唯一标志,操作系统通过 PCB而感知进程的存在.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ常PCB包括 进程标识符,进程的现行状态,进程起 始地址,资源清单,进程优先级等内容.
答案
5.请用PV原语模拟两人下象棋的同步过程
答案
6.为什么在信号量S上定义的P，V操作 必须是不可分割的？ 7.产生死锁的必要条件是什么？ 解决死锁问题常用哪几种措施？ 8.一台计算机有8台磁带机。它们由N个进程竞 争使用，每个进程可能需要3台磁带机，请问 N为多少时，系统没有死 锁的可能，并说明原因。 9.一个计算机系统拥有6台打印机，N个进程争夺使 用，每个进程要求2台，试问N取哪些值时，系统 不会发生死锁。
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1.[解答] 在多道程序系统里,才能提出程序与进程有什么本质区别的问题,在 多道程序系统里,仍把程序视为完成一定功能的指令集合。至于进 程，虽有多种定义，各有侧重。但本质上是相同的。即主要强调进 程是一个动态执行的过程这样一个概念。即进程是一个具有独立功 能的程序，基于某个数据库集合在处理机上的执行过程和资源的分 配管理。正因如此，进程和程序是两个既有区别又有联系的概念。 其区别主要表现在： 1.程序是一组指令的有序集合，没有任何执行的含义，是一个静态 概念。而进程强调过程，是程序的一次执行活动，是一个动态概念。 2.程序的存在是永久性的，进程则有其生命周期，它动态地被创建 （于是此进程实体出现），调度执行，继而撤消（此进程实体死 亡），因此进程的存在是暂时的。 3.程序仅是有序指令的集合，它不涉及到任何数据。进程既然是程 序的一次执行活动，因此它的组成应包含程序和数据，除此以外， 还应有记录进程信息的“进程控制块” 返回 4.进程与程序之间不是一一对应的关系（…）
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4.[解答] 当用户调用操作系统提供的创建原语时，就为所创建的进 程申请一个PCB，PCB中记录进程的标识，状态等与该进程 有关的信息，系统通过PCB而感知某一进程的存在。 有以下几种情况导致一个进程的撤消： 1.该进程完成自己的功能而正常结束； 2.由于某种错误而非正常结束； 3.祖先进程要求撤消某个进程； 撤消进程必须由操作系统的撤消原语进行，该原语释放撤 消进程所占用的系统资源，同时释放其PCB。至此，该进程 在系统中消亡。
10.假定使用银行家算法，将某种资源分配给四个用户，具 体情况如图所示。 问：1) 这种资源的系统拥有数总计是 多少？ 2）如果QIN再要一个资源，分给它后系统能处于安全 状态吗？ 3）倘若请求来自LU而不是QIN，情况怎样？ 用户名 WANG 已获资源 最大资源数 当前剩余：2 1 6
LI LU QIN
问答题： 答案 1.进程与程序有什么本质不同？ 2.为什么要引入进程概念？ 答案 3.在什么条件下，一个进程的解封 （BLOCKED---->READY)会引起一个进 程的被调度(READY--->RUNNING) 答案 4.进程控制块何时产生,何时消除,其作用 是什么? 答案 5.有人曾描述过这样一种情形,在单处理 机分时操作系统下,分配给进程A的时间 片到后,系统进行切换.结果被调度到的进 程仍然是A,有可能出现此情形吗?说明理 由. 答案
复习思考题 1（OS基本概念）
• 采用多道程序设计的主要优点是什么？ • 现代操作系统的两个最基本的特征是 ( )和( )。 • 批处理操作系统的主要缺点是（ ） • 操作系统是计算机系统中的一个（ ）， 它管理和控制计算机系统中的（ ）。
复习思考题2（进程描述与控制）
答案 • 名词解释：PCB • 程序并发执行与顺序执行时产生了一些 新特征，分别是（ ）、（ ）和（ ）。 • 在操作系统中引入线程概念的主要目的 是（ ）。