操作系统-进程管理习题课

十一题
十一、(华中理工大学1999年试题)设公共汽车上， 司机和售票员的活动分别是：p41 司机的活动： 启动车辆： 正常行车; 到站停车; 售票员的活动： 关车门; 售票： 开车门; 在汽车不断地到站、停车、行驶过程中，这两 个活动有什么同步关系?用信号量和P、 V操作实现它们的同步。
分析
在汽车行驶过程中，司机活动与售票员活 动之间的同步关系为：售票员关车门后， 向司机发开车信号，司机接到开车信号 后启动车辆，在汽车正常行驶过程中售 票员售票，到站时司机停车，售票员在 车停后开车门让乘客上下车。因此司机 启动车辆的动作必须与售票员关车门的 动作取得同步;售票员开车门的动作也必 须与司机停车取得同步。
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答案
int Se=l; int Sf=0; compute() main() { while(计算工作未完成) { cobegin { p(Sf); get(); 从缓冲区中取出数 compute(); 据; coend } v(Se); get() 进行数据计算; { while (采集工作未完成) } { 采集一个数据： } p(Se); 将数据送入缓冲区中; v(Sf); } }
答案
A框 P(mutex) B框 V(mutex) C框 P(s) D框 P(mutex) 开始时，消息链上没有可供接收的信息， 所以s的初值为0;互斥信号量mutex的初 值应为1。
十三题
十三、(北京大学1990年试题)p46 ①写出P、V操作的定义。 ②有三个进程PA、PB和PC合作解决文件打印 问题： PA将文件记录从磁盘读入主存 的缓冲区1，每 执行一次读一个记录; PB将缓冲区1的内容复制到缓冲区2，每执行一 次复制一个记录； PC将缓冲区2的内容打印出来，每执行一次打印 一个记录。缓冲区的大小等于一个记录大小。 请用P、V操作来保证文件的正确打印。
答案
①P操作记为P(S)，其中S为一信号量，它执行时 主要完成下述动作： S=S-1 若S≥0，则进程继续运行。 若S<0，则该进程被阻塞，并将它插入该信号 量的等待队列中。 V操作记为V(S) ，它执行时主要完成下述动作： S=S+1 若S>0，则进程继续执行。 若S≤0，则从信号量等待队列中移出队首进程， 使其变为就绪状态。
第二题（续）
假定这些生产者和消费者是互相等效的。只要 缓冲区未满，生产者就可以把产品送入缓冲 区，类似地，只要缓冲区未空，消费者便可 以从缓冲区中取走物品并消耗它。生产者和 消费者的同步关系将禁止生产者向满的缓冲 区输送产品，也禁止消费者从空的缓冲区中
第三题（选择）
三、在操作系统中，进程是一个具有一定 独立功能的程序在某个数据集上的一次 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 A．等待活动 B．运行活动 C．单独操作 D．关联操作 答：B
本章小结(续)
进程上下文：一个进程的静态描述是处理机的一 个执行环境,被称为进程上下文。进程上下文由 以下部分组成：PCB(进程控制块)、正文段和数 据段以及各种寄存器和堆栈中的值。寄存器中主 要存放将要执行指令的逻辑地址,执行模式以及 执行指令时所要用到的各种调用和返回参数等。 而堆栈中则存放CPU现场保护信息、各种资源控 制管理信息等。 进程通信：进程间通信又可分为传送控制信号的 低级通信和大量传送数据的高级通信。 通信方式来看,又可分为主从式、会话式、消息 与邮箱方式、以及共享虚存方式。
分析
[分析及相关知识] 信号量是一个确定的二元组 (s，q)，其中s是一个具有非负初值的整型变量， q是一个与s相关联的初始状态为空的队列．整 型变量s表示系统中某类资源的数目，当其值 大于0时，表示系统中当前可用资源的数目; 当其值小于0时，其绝对值表示系统中因请求 该类资源而被阻塞的进程数目．除信号量的 初值外，信号量的值仅能由P操作和V操作改 变。
答案
int s1=0; int s2=0; driver() { while(1) { p(s1); 启动车辆; 正常行车; 到站停车; v(s2); } } busman() { while(1) { 关车门; v(s1); 售票; p(s2); 开车门; 上下乘客; } }
十二题
十二、设有一个发送者进程和一个接收者 进程，其流程图如图所示。s是用于实现 进程同步的信号量，mutex是用于实现 进程互斥的信号量。试问流程图中的A、 B、C、D四框中应填写什么?假定缓冲 区有无限多个，s和mutex的初值应为多 少? p42
进程管理习题课
重点：用P、V原语实现同步与互斥
本章小结
进程是系统分配资源的基本单位,是一个具有独 立功能的程序段对某个数据集的一次执行活动。 为什么要引入进程的概念是由操作系统的资源 有限性和处理上的并行性以及系统用户的执行 起始时间的随机性所决定的。 进程具有动态性、并发性等特点。 进程动态特性的是进程状态的变化。进程要经 历创建、等待资源、就绪准备执行,以及执行和 执行后释放资源消亡等几个过程和状态。进程 的状态转换要由不同的原语执行完成。
分析
[分析及相关知识]发送者进程与接收者进程之 间的同步关系是：发送者进程生成的信息送 入消息链中，接收者进程从消息链中接收信 息;由于发送者进程产生一个消息并链入消息 链后用V操作增加消息计数并唤醒接收者进程， 这表示发送者进程和接收者进程是通过信号 量s实现同步的，因此接收者进程应该在取信 息之前先使用一个P操作来查看消息链上是否 有消息，若无消．息则阻塞自己;另外，发送 者和接收者对消息链的访问应使用信号量进 行互斥，即在访问前使用P操作，在访问后使 用V操作。
十五题
十五、(北京大学1991年试题)有一个仓库， 可以存放A和B两种产品，但要求： (1)每次只能存入一种产品(A或B); (2)-N<(A产品数量一B产品数量)<M。 其中，N和M是正整数。试用P、V操作 描述产品A与产品B的入库过程。
分析
[分析及相关知识] 本题给出的第一个条件是临 界资源的访问控制，可用一个互斥信号量解 决该问题。第二个条件可以分解为： -N<A产品数量一B产品数量 A产品数量一B产品数量<M 也就是说，A产品的数量不能比B产品的数量 少N个以上，A产品的数量不能比B产品的数 量多M个以上．
第四题（选择）
四、多道程序环境下，操作系统分配资源 以＿＿＿＿＿＿＿为基本单位。 A．程序 B．指令 C进程 D．作业 答：C
第五题（选择）
五、对于两个并发进程，设互斥信号量为 mutex，若mutex=O，则＿＿＿＿＿。 A.表示没有进程进入临界区 B.表示有一个进程进入临界区 C.表示有一个进程进入临界区，另一个 进程等待进入 D.表示有两个进程进入临界区 答：B
第六题（选择）
六、两个进程合作完成一个任务。在并发 执行中，一个进程要等待其合作伙伴发 来消息，或者建立某个条件后再向前执 行，这种制约性合作关系被称为进程的 ＿＿＿＿。 A.同步 B．互斥 C. 调度 D．执行 答：A
第七题（选择）
七、为了进行进程协调，进程之间应当具 有一定的联系，这种联系通常采用进程 间交换数据的方式进行，这种方式称为 ＿＿＿＿＿＿。 A.进程互斥 B．进程同步 C .进程制约 D．进程通信 答：D
答案
int S=1; int Sa=0； int So=0； son( ) main( ) { while(1) { cobegin { p(So); father(); son(); daughter()： 从盘中取出桔子; coend } v(S); 吃桔子; father() }} { while (1) daughter() { p(S); { while(1) { p(Sa); 将水果放入盘中; if(放入的是桔子) v(So)： 从盘中取出苹果; else v(Sa); } v(S); 吃苹果; } } }
十四题
十四、设有8个程序progl、prog2、…、 prog8。它们在并发系统中执行时有如图 所示的制约关系，试用P、V操作实现这 些程序间的同步。P48
分析
由图表明开始时，progl及prog2先执行。 当progl和prog2都执行完后，prog3、prog4、 prog5才可以开始执行。 prog3完成后，prog6才能开始执行。 prog5完成后，prog7 才能开始执行。 prog6、prog4、prog7都结束后，prog8才可以开 始执行。 为了确保这一执行顺序，设7个同步信号量 f1、…、f7分别表示程序progl、…、prog7是 否执行完，其初值均为0。
本章小结
进程的并发特性反映在进程对资源的竞争以及由资 源竞争所引起的对进程执行速度的制约。这种制约 可分为直接制约和间接制约。 直接制约是被制约进程和制约进程之间,存在着使用 对方资源的需求,只有制约进程执行后,被制约进程才 能继续往前推进。具有固定的执行顺序 间接制约是被制约进程共享某个一次只能供一个进 程使用的系统资源,只有得到该资源的进程才能继续 往前推进,其他进程在获得资源进程执行期间不允许 交叉执行。没有固定的执行顺序。 操作实现：间接制约可利用加锁法和P,V原语操作实 现。直接制约既可用P,V原语实现,也可用其他互相 P78 传递信号的方式实现。
P79
本章小结(续)
常用的死锁排除方法是检测与恢复方法。 造成死锁：无论是互相通信的进程或是共享某些不 同类型资源的进程,都可能因通信顺序不当或资源分 配顺序不当而造成死锁。 死锁是一种因各并发进程等待资源而永久不能向前 推进的系统状态。 排除死锁的方法是预防、回避、检测与恢复三种。 线程是进程内的一段程序的基本调度单位。线程可 分为用户级线程和系统级线程。用户级线程的管理 全部由线程库完成,与操作系统内核无关。 线程组成由寄存器、堆栈以及程序计数器等组成,同 一进程的线程共享该进程的进程空间和其他所有资 源。线程主要用于多机系统以及网络系统的操作系 P79 统中。
分析
在本题中，我们可以设置两个信号量来控制A、 B产品的存放数量，sa表示当前允许A产品比B 产品多入库的数量，即在当前库存量和B产品 不入库的情况下，还可以允 许sa个A产品入 库;sb表示当前允许B产品比A产品多入库的数 量，即在当前库存量和 A产品不入库的情况 下，还可以允许sb个B产品入库。 初始时，sa为M一1，sb为N一1，当往库中存放 入一个A产品时，则允许存入B产品的数量也 增加1;当往库中存放入一个B产品时，则允许 存入A产品的数量也增加1。
第九题
九、下图给出了四个进程合作完成某一任 务的前趋图，试说明这四个进程间的同 步关系，并用P、V操作描述它。
第十题
十、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。P37
分析
[分析及相关知识] 在本题中，爸爸、儿子、女 儿共用一个盘子，且盘中一次只能放一个水 果．当盘子为空时，爸爸可将一个水果放入 果盘中。若放入果盘中的是桔子，则允许儿 子吃，女儿必须等待;若放入果盘中的是苹果， 则允许女儿吃，儿子必须等待。 本题实际上是生产者—消费者问题的一种变形。 这里，生产者放入缓冲区的产品有两类，消 费者也有两类，每类消费者只消费其中固定 的一类产品。
第八题
八、在测量控制系统中，数据采集任务把 所采集的数据送入一单缓冲区;计算任务 从该单缓冲区中取出数据进行计算。试 写出利用信号量机制实现两者共享单缓 冲区的同步算法。
分析
[分析及相关知识] 在本题中采集任务与计 算任务共用一个单缓冲区．当采集 任 务采集到一个数据后，只有当缓冲区为 空时才能将数据送入缓冲区中存放，否 则应等待缓冲区腾空;当缓冲区中有数据 时，计算任务才能从缓冲区中取出数据 进行计算，否则也应等待。
第一题
一、用P、V操作描述前趋关系。P1、P2、 P3、P4、P5、P6为一组合作进程，其前 趋图如图所示，试用P、V操作描述这6 个进程的同步。
第二题
二、生产者-消费者问题 它描述了一组生产者向 一组消费者提供产品，它们共享一个有界缓 冲区，生产者向其中投放产品，消费者从中 取得产品。生产者-消费者问题是许多相互合 作进程的一种抽象。 我们把一个长度为n的有界缓冲区(n>0)与一群 生产者进程P１、P２、…、Pm和一群消费者进 程C１、C２、…、Ck联系起来，如图所示。提 取物品。