第六章 并发进程

“操作系统概论”习题解答之并发进程第6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的管理有三点要求：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，其它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进入它的临界区，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操作作为同步机制时，假定与某共享变量相关的信号量S的值可在[-1，1］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，需经A站到达B站，列车出B站后又可分路行驶（如图6－6）。

为保证行车安全，请问应如何调度列车？请用PV 操作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、B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A、B站之间的单轨道行驶，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。

若A、B站之间已有列车在行驶，则执行P（S）后就等待，直到行驶者到了B站执行V（S）后释放一个欲进入者。

5、今有三个进程R、M、P，它们共享一个缓冲区。

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中。

M对缓冲区中的记录加工。

P把加工后的记录打印输出。

读入的记录经加工并取走后，缓冲区中又可存放下一个记录。

请用PV操作作为同步机制写出它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，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：beginS1，S2，S3：semaphore；S1：＝l；S2：＝S3：＝0；cobeginprocess RbeginL1：读记录；P（S1）；记录存入缓冲区；V（S2）；goto L1；end；process MbeginL2：P（S2）；加工记录；V（S3）；goto L2；end；process PbeginL3：P（S3）；输出加工后的记录；V（S1）；goto L3；end；coend；end.6、现有4个进程R1，R2，W1，W2，它们共享可以存放一个数的缓冲器B。

进程R1每次把从磁盘上读入的一个数存到缓冲器B中，供进程W1打印输出。

进程R2每次把从键盘上读一个数存到缓冲器B中，供进程W2打印输出。

当一个进程把数存放到缓冲器后，在该数还没有被打印输出之前不准任何进程再向缓冲器中存数。

当一个进程已把缓冲器中的数打印输出后，在缓冲器中还没有存入一个新数之前不准任何进程加快从缓冲区中取数打印。

怎样用PV操作使这四个进程在并发执行时能协调地工作？答：这四个进程实际上是两个生产者 R1，R2和两个消费者 W1，W2。

各自生成不同的产品供各自的消费对象去消费，他们共享一个的缓冲器。

由于缓冲器只能存放一个数，所以，R1和R2在存放数时必须互斥。

而R1和W1、R2和W2之间存在同步。

为了协调它们的工作可定义三个信号量：S：表示能否把数存人缓冲器B，初始值为1.S1：表示R1是否已向缓冲器存入从磁盘上读入的一个数，初始值为0.S2：表示R2是否已向缓冲器存入从键盘上读入的一个数，初始值为0.beginS，S1，S2：semaphore；S：＝1；S1：＝S2：＝0；cobeginprocess R1xl ：integerbeginL1：从磁盘读一个数；x1：=读入的数；P（S）；B：＝xl；V（S1）；goto L1；end；process R2x2：integer；beginL2：从键盘盘读一个数；x2：=读入的数；P（S）；B：＝x2；V（S2）；goto L2；end；process W1y：integer；beginL3：P（S1）；y：=B；V（S）；打印y中的数；goto L3；end；process W2z：integerbeginL4：P（S2）；z：=B；V（S）；打印z中的数；goto L4；end；coend；end.7.两个并发进程的程序如下：beginN：integer；N：=3；cobeginprocess AbeginL1：N：＝N＋5；goto L1；end；process BbeginL2：print（N）；N：＝0；goto L2；end；coend；end.若process A先执行了三个循环，然后process A和 process B又并发执行了一个循环，写出可能出现的打印值。

什么情况下会出现与时间有关的错误？请用PV操作实现同步，使两并发进程能正确执行。

答：可能的值是 18或 23。

这是因为 process A执行三个循环后，N＝18，之后 A和 B 并发执行，可能先执行A中的N：=N＋5，再执行B中的print（N）；这样就会得到23，也可能先执行B中的pint（N）；这就会得到18.可以利用P、V操作实现同步：beginN：integer；S：semphore；S：＝l；N：＝3；cobeginprocess AbeginL1：P（S）；N：＝N＋5；V（S）；gotO L1；end；process BbeginL2：P（S）；print（N）；N：＝0；V（S）；goto L2；end；coend；end.8、利用信箱进行通信的通信机制中，应设置哪些基本通信原语？它们的功能是什么？答：利用信箱实现通信的机制，应该有：send原语（发送）和 receive原语（接收）。

发送原语send（N，M）功能：把信件M送到指定的信箱N中。

接收原语receive（N，Z）功能：从指定信箱N中取出一封信，存放到指定的地址Z中。

9、什么叫死锁？什么原因会引起死锁？答：若系统中存在一组进程（二个或多个进程），他们中的每一个进程都占用某种资源而又都在等待其中另一个进程所占用的资源，这种等待永远不能结束，就说系统出现“死锁”。

进程死锁的起因是系统提供的资源数比要求使用资源的进程数少，或者是若干个个进程要求资源的总数大于系统能提供的资源数。

这时，进程间就会出现竞争资源的现象，如果对进程竞争的资源管理和分配不当就会引起死锁。

死锁的出现是与资源分配策略和并发进程的执行速度有关。

10、有哪些策略可防止和避兔死锁？答：根据必要条件中的后面三个，有一下三种防止死锁的资源分配策略：（1）、静态分配。

进程必须在开始执行前申请它所要的全部资源，直到得到了全部资源后才可执行。

这一方案显然破坏了死锁必要条件中的2和4两个条件。

（2）、剥夺式分配。

当一个进程申请资源得不到满足就会从另一个进程那里去抢夺。

这种办法显然破坏了死锁的第3个必要条件。

但是这种方法只适用于对处理器和主存资源的分配。

（3）、按序分配。

将系统中所有的资源排一个顺序，规定任一个进程申请两个以上的资源的时候，必须按照资源编号的递增顺序申请资源。

银行家算法可以避免死锁。

11、某系统有输入机和打印机各一台，今有两个进程都要同时使用它们。

请写出采用PV操作实现请求使用和归还释放的程序。

检查所写的程序会产生死锁吗？若否，说明理由；若会产生死锁，则请适当修改程序以防止死锁。

答：如果 PV操作设计不当，仍会产生死锁。

假如用 S1和 S2分别代表输入机和打印机能否被使用的信号量，由于资源是共享的，所以必须互斥使用，因而它们的初始值都为l.如果用如下方式实现请求使用和归还释放：process Q1beginP（S1）；使用输入机；P（S2）；使用打印机；V（S2）；V（S1）；end；process Q2beginP（S2）；使用打印机；P（S1）；使用输入机；V（S2）；V（S1）；end；那么就会出现Q1得到输入机而 Q2得到打印机，双方在不释放已经有的资源的情况下又去申请新的资源，就会造成死锁。

可以采用为资源编序号的方法，要求按序申请，如下：process Q1beginP（S1）；使用输入机；P（S2）；使用打印机；V（S2）；V（S1）；end；process Q2beginP（S1）；使用输入机；P（S2）；使用打印机；V（S2）；V（S1）；end.12、设有12个同类资源可供4个进程共享，进程对资源的需求量及资源分配情况如下：试问：（1）、目前系统是否处于安全状态？为什么？（2）、如果这4个进程又都要求系统再分配一个资源时，在什么情况下会引起系统的死锁？为什么？答：（1）、目前系统处于安全状态。

系统已经有10个资源被占用，系统可以把剩余两个资源先分配给P1，执行完毕回收资源，在分配给其他进程，便可在有限时间内使所有进程都得到所需要的资源。

（2）、如果系统在P1完成之前，把一个资源分配给其它三个进程，则系统进入不安全状态。

因为这样做，使系统中只剩余一个资源，而所有进程需要的总资源都在两个以上，因此，有可能造成死锁。