第4章习题及答案.docx
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第4章习题及答案
第四章习题及解答
4-3什么是进程？
进程与程序的主要区别是什么？
答：
进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次活动。
进程与程序的主要区别是：
（1）程序是指令的有序集合，是一个静态概念。
进程是程序在处理机的一次执行过程，是一个动态概念。
进程是有生命期的，因创建而产生，因调度而执行，因得到资源而暂停，因撤消而消亡；
（2）进程是一个独立的运行单元，是系统进行资源分配和调度的独立单元，而程序则不是。
（3）进程与程序之间无一一对应关系。
一个程序可以对应多个进程，一个进程至少包含一个程序。
4-4图4.2标明程序段执行的先后次序。
其中：
I表示输入操作，C表示计算操作，P表示打印操作，下角标说明是对哪个程序进行上述操作。
请指明：
（1）哪些操作必须有先后次序?
其原因是什么？
（2）哪些操作可以并发执行?
其原因又是什么？
答：
（1）①In、Cn和Pn之间有先后顺序要求，这是由于程序本身的逻辑要求。
②使用同一设备的不同的程序段，如C1…Cn，I1…In，P1…Pn，之间有先后顺序要求，这是由于设备某一时刻只能为一个程序服务。
（2）不同程序使用不同设备时，占用不同设备，无逻辑关系，可以并发执行，如I2和C1；I3、C2和P1。
4-9某系统进程调度状态变迁图如图4.31所示，请说明：
（1）什么原因会导致发生变迁2、变迁3、变迁4？
答：
发生变迁2的原因：
时间片到
发生变迁3的原因：
请求I/O或其他系统调用
发生变迁4的原因：
I/O完成或其他系统调用完成
（2）在什么情况下，一个进程的变迁3能立即引起另一个进程发生变迁1？
答：
一个进程的变迁3能立即引起另一个进程发生变迁的条件是，就绪队列非空。
（3）下列因果变迁是否可能发生？
若可能，需要什么条件？
a.2→1；b.3→2；c.4→1
答：
a.2→1不需要条件，一定会发生。
b.3→2不可能发生。
c.4→1可能发生，条件：
就绪队列为空，或在可剥夺调度方式下，转变为就绪状态的进程优先级最高。
4-10某系统jincheng状态除了3个最基本状态外，又增加了创建状态、完成状态、因等消息而转变为等待状态3种新的状态，试画出增加新状态后的进程状态变迁图，并说明发生每一个变迁的原因。
答：
进程状态变迁图：
进程状态变迁原因：
运行—>等待：
请求I/O；等待—>就绪：
请求完成；
运行—>就绪：
时间片到；就绪—>运行：
CPU空闲，进程调度程序工作；
创建—>就绪：
进程创建；运行—>等消息：
等待消息；
等消息—>就绪：
收到消息；运行—>完成：
任务完成
4-12n个并发进程共用一个公共变量Q，写出用信号灯实现n个进程互斥时的程序描述，给出信号灯值的取值范围,并说明每个取值的物理意义。
解：
（1）程序描述
main（）{
intmutex=1;//公共变量Q的互斥信号灯
cobegin
P1;P2;…Pn;
coend
}
Pi（）{
…
P（mutex）;
使用Q；
V（mutex）;
…
}
（2）信号灯值的取值范围：
[（n–1），1]
（3）mutex每个取值的物理意义：
mutex=1说明没有进程进入临界段执行；
mutex=0说明有一个进程进入临界段执行；
mutex=1说明有一个进程进入临界段执行，另有一个进程正在等待进入；
mutex=（n–1）说明有一个进程进入临界段执行，另有（n–1）个进程正在等待进入。
4-13图4.32（a）、（b）分别给出了两个进程流图。
试用信号灯的p、v操作分别实现图4.32（a）、（b）所示的两组进程之间的同步，并写出程序描述。
（a）（b）
图4.32
图（a）解：
main（）{
ints12=0,s13=0,s14=0;//s12表示进程P2可否执行；s13表示进程P3可否执行；s14表示进程P4可否执行//
cobegin
P1;P2;P3;P4;
coend
}
P1（）{
p1execute;
V（s12）;
V（s13）;
V（s14）;
}
P2（）{
P（s12）;
p2execute;
}
P3（）{
P（s13）;
p3execute;
}
P4（）{
P（s14）;
p4execute;
}
图（b）
main（）{
ints13=0,s23=0;//s13表示进程P1执行完成否；s23表示进程P2执行完成否//
cobegin
P1;P2;P3;
coend
}
P1（）{
P1execute;
V（s13）;
}
P2（）{
P2execute;
V（s23）;
}
P3（）{
P（s13）;
P（s23）;
P3execute;
}
4-15如图4.34所示，get、copy和put三个进程共用两个缓冲区s和t（其大小每次存放一个记录），get进程负责不断地把输入记录输入缓冲区s中，copy进程负责从缓冲区s中取出记录复制到缓冲区t中，而put进程负责从缓冲区t中取出记录打印。
试用PV操作实现这三个进程之间的同步，并写出程序描述。
图4.34
解：
main（）{
ints1=1,s2=0;//s1表示缓冲区S是否为空，s2表示是否已满//
ints3=1,s4=0;//s3表示缓冲区T是否为空，s4表示是否已满//
cobegin
get;
copy;
put;
coend
}
get（）{
while
（1）{
P（s1）;
inputdatatobufferS;
V（s2）;
}
}
copy（）{
while
（1）{
P（s2）;
copydatafrombufferS;
V（s1）;
P（s3）;
inputcopy-datatobufferT;
V（s4）;
}
}
put（）{
while
（1）{
P（s4）;
outputdatatobufferS;
V（s3）;
}
}
4-16什么是进程的互斥与同步？
同步和互斥这两个概念有什么联系和区别？
答：
在操作系统中，当某一进程正在访问某一存储区域时，就不允许其他进程读出或者修改该存储区的内容，否则，就会发生后果无法估计的错误。
进程之间的这种相互制约关系称为互斥。
所谓同步，就是并发进程在一些关键点上可能需要互相等待与互通消息，这种相互制约的等待与互通信息称为进程同步。
同步和互斥这两个概念都属于同步范畴，描述并发进程相互之间的制约关系。
同步是指并发进程按照他们之间的约束关系，在执行的先后次序上必须满足这种约束关系。
而互斥是同步的一种特例，是指并发进程按照他们之间的约束关系，在某一点上一个时刻只允许一个进程执行，一个进程做完了，另一个进程才能执行，而不管谁先做这个操作。
4-22什么是线程？
线程和进程有什么区别?
答：
线程也称为轻量级进程，它是比进程更小的活动单位，它是进程中的一个执行路径，一个进程可能有多个执行路径，即线程。
线程和进程的主要区别如下。
（1）线程是进程的一个组成部分，一个进程可以有多个线程，而且至少有一个可执行的线程。
（2）进程是资源分配的基本单位，它拥有自己的地址空间和各种资源；线程是处理机调度的基本单位，它只能和其他线程共享进程的资源，而本身并没有任何资源。
（3）进程的多个线程都在进程的地址空间内活动。
这样，在以线程为单位进行处理机调度和切换时，切换时间较短；而以进程为单位进行处理机调度和切换时，由于涉及到资源转移及现场保护等问题，将导致切换时间变长和资源利用率下降。
（4）线程和进程一样，都有自己的状态和相应的同步机制，但是，由于线程没有自己单独的程序和数据空间，因而不能像进程那样将程序和数据交换到外存去。
（5）进程的调度和控制大多由操作系统的内核完成，而线程的控制既可以由操作系统内核完成，也可以由用户控制完成。
4-27试画出Linux系统的进程状态变迁，并说明这些变迁可能的原因。
答：
画出Linux系统的进程状态变迁如图所示。
（1）进程创建
当系统或用户需要创建一个新进程时，调用fork（）系统调用，被创建的新进程被置为就绪状态TASK_RUNNING。
（2）进程调度
当调度时机来到时，进程调度程序从进程运行队列中选择优先级最高的进程，将其投入运行，设置状态为运行状态。
（3）被抢占
正在CPU上运行的进程，当其优先级低于处于就绪状态的某一个进程的优先级时，它被抢占而被迫让出CPU的控制权，此时，该进程的状态转为就绪状态。
（4）进程等待
若正在运行的进程因等待某一事件而暂时不能运行下去时，进入相应的等待队列，设置为等待状态。
（5）进程唤醒
当某个进程等待的原因撤销时，该进程被唤醒，将其从等待队列中移出，进入就绪队列。
（6）进程终止
当正在运行的进程完成其任务时，通过exit（）系统调用终止自己而进入终止状态。
4-29某公园有一个长凳，其上最多可以坐5个人。
公园里的游客遵循以下规则使用长凳：
（1）如果长凳还有空间可以坐，就坐到长凳上休息，直到休息结束，离开长凳。
（2）如果长凳上没有空间，就转身离开。
试用信号灯的P、V操作描述这一场景。
答：
main（）{
intcount=5;//长凳上可坐的人数
intmutex=0;//访问count的互斥信号灯
cobegin
guesti;//i=1,2,3,4……
coend
}
guesti{
P（mutex）;
if（count==0）{
V（mutex）;
return;
}
count--;
V（mutex）;
休息；
P（mutex）;
Count++;
V（mutex）;
}
4-316个进程合作完成一项计算任务的并发描述如图4-38所示，程序中，s1、s2、s3、s4、s5、s6分别是同步信号灯，x、y、z是共享数据变量。
试给出变量z的最终结果，并画出6个进程合作的进程流图。
答：
Z=12
4-32现有3个并发进程P1、P2和P3，如图4.39所示。
3个并发进程共享两个单缓冲区B1和B2。
进程P1负责不断从输入设备读数据，若读入的数据为正数，则直接送入B2，否则应先将数据送入B1，经P2取出加工后再送入B2，P3从B2中取信息输出。
请使用信号灯和P、V操作描述进程P1、P2、P3实现同步的算法。
答：
缓冲区B1设置信号灯s1、t1，s1表示缓冲区B1是否空闲，t1表示缓冲区B1是否有数据，缓冲区B2设置信号灯s2、t2，s2表示缓冲区B2是否空闲，t2表示缓冲区B2是否有数据。
Main（）
{
Ints1=s2=1;
Intt1=t2=0;
Cobegin
P1（）;p2（）;p3（）;
Coend
}
4-34某商场有一个地下停车场，有N个停车位，车辆只能通过一个指定的通道进出停车场，通道处只能容一辆车通过，请设计信号灯和P、V操作给出进、出车辆两种进程的程序描述。
答：
main（）
{
intcount1=count2=0;/*计数器*/
intmutex1=mutex2=1;/*两个计数器的互斥访问信号灯*/
intmutex=1;/*通道互斥访问信号灯*/
cobegin
in（）;
out（）;
coend
}
in（）
{
P（empty）;
P（mutex1）;
Count1++;
ifcount1==0P（mutex）;
V（mutex1）;
开车进地下停车场；
P（mutex1）;
count1--;
ifcount1==0V（mutex）;
V（mutex1）;
}
out（）
{
P（mutex2）;
Count2++;
ifcount2==0P（mutex）;
V（mutex2）;
开车出地下停车场；
P（mutex2）;
Count2--;
ifcount2==0V（mutex）;
V（mutex2）;
V（empty）;
}
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