第四章作业参考答案.docx

1、第四章作业参考答案2答：多道程序在单CPU上并发运行和多道程序在多CPU上并行在本质上是不同的,在单CPU上，操作系统利用时间片轮转算法在一段时间内依次调度执行多个程序，宏观上多道程序并发运行、微观上仍是串行执行；在多CPU上，同一时刻可有多个程序分别在多个CPU上并行执行，而某个程序也可能同时在多个CPU上并行执行。前者实现时应考虑的因素：在多道程序环境下如何向用户提供服务；在并发程序之间如可正确传递消息（通信）；如何对CPU进行调度，保证每个用户相对公平地得到CPU；（CPU是一个只可调度，不可分配的资源）后者实现时应考虑的因素：在执行多道程序时应如何分配程序给CPU多CPU之间的通信问题

2、在多CPU上并行执行一个程序时如何调度和分配CPU9说明下列活动时属于哪种至于关系？（1）若干同学去图书馆借书；（2）两队进行篮球比赛；（3）流水线生产中的各道工序；（4）商品生产和社会消费；答：（1）互斥关系（2）互斥关系（3）同步关系（4）同步关系11设有一台计算机，有两条I/O通道，分别接一台卡片输入机和一台打印机。卡片机把一叠卡片逐一输入到缓冲区B1中，加工处理后再搬到缓冲区B2中，并在打印机上印出。问：（1）系统要设几个进程来完成这个任务？各自的工作是什么？（2）这些进程间有什么样的相互制约关系？（3）用PV操作写出这些进程的同步算法。（4）设系统中只有上述几个过程，用图表示出各自状

3、态变迁情况及原因。答：（1）系统要设3个进程来完成这个任务；第一个进程：从卡片机把一叠卡片逐一输入到缓冲区B1中；第二个进程：加工处理后再搬到缓冲区B2中；第三个进程：从缓冲区B2读出，打印机印出。（2）第一个进程从卡片机把一叠卡片逐一输入到缓冲区B1中，第二个进程加工处理B1中的数据。如果B1为空，则第二个进程无法进行；如果B1满了，第一个进程不能再进行。第二个进程加工处理B1中的数据并搬到B2中，第三个进程从B2读出。如果B2为空，则第三个进程无法进行；如果B2满了，第二个进程无法进行。（3）P:不能往满的B1送数据，设信号量S1，初值为k（k为缓冲区B1的大小）while(true)读一

4、张卡片;P(S1);数据送到缓冲区B1;V(S2);Q:不能从空的B1读数据，设信号量S2，初值为0；不能往满的B2送数据，设信号量S3，初值为l（l为缓冲区B2的大小）while(true)P(S2);从缓冲区B1读数据;加工数据;V(S1);P(S3)加工的数据写入缓冲区B2;V(S4);R:不能从空的B2读数据，设信号量S4，初值为0；while(true)P(S4);从缓冲区B2读数据;V(S3)打印;（4）卡片 打印机B1未满B1进程一：B1非空B2未满B2非空B2运行jB1满kB1未满j卡片全部读完新的一批卡片作业k就绪进程二：等待运行jB2满kB2未满jB1空B1非空就绪进程三：

5、j就绪k运行k等待j无条件kB2空B2非空等待13假定一个阅览室最多可容纳100人，读者进入和离开阅览室时都必须在阅览室门口的一个登记表上标志（进入时登记，离开时去掉登记项），而且每次只允许一人登记或去掉登记，问：（1） 应编写几个程序完成此项工作，程序的主要动作是些什么？应设置几个进程？进程与程序间的对应关系如何？（2） 用P、V操作写出这些进程的同步通信关系。答：（1） 应该编写四个程序完成工作，分别执行：管理等待登入队列，登入并分配资源，管理等待离开队列，登出并回收资源。应设置2个进程，分别负责管理登入和负责管理登出。（2） 设置readercount=100，控制可进入的读者数设置mu

6、tex=1，控制操作登记表登入进程：P(mutex)P(readercount）分配阅览室资源V(mutex)登出进程：P(mutex)回收阅览室资源V(readercount)V(mutex)17假设一个系统的磁盘大小为2kB，一个块的平均访问时间是20毫秒，一个有40kB的进程由于资源请求此从运行状态变为阻塞态。要确保将该进程换出，它必须保持阻塞多长时间？解：阻塞时间：T=40/2*20=400(毫秒)18.假使A、B两个火车站之间是单轨线，许多列车可以同时到达A站，然后经A站到B站，又列车从A到B的行驶时间是t，列车到B站后的停留时间是t/2。试问在该问题模型中，什么是临界资源？什么是临

7、界区？答：因为许多列车可以同时到达A站，所以A站不是互斥资源，而A、B之间的单轨线每次只能允许一辆列车发出以后另一辆才能发出。因为列车行驶时间为t，B的停留时间为t/2，所以只要在前一辆列车走完前1/2路程后再发车，到达B站时前一辆车也已离开B站。（1）A、B间单轨线的前半段是临界资源。（2）临界区：列车在单轨线前半段上行驶21题（测验的最后一题，类似，更简单）由于有m个发送者，n个接收者，k大小的缓冲区；从单个的问题出发，发送者要么等待在第x缓冲区（条件是缓冲区x未被清空，而发送者采用递增环状方式使用缓冲区）要么发送到x，发送完后需要唤醒所有接收进程。接收进程不停的轮询缓冲区,也采用递增环状

8、方式，如果缓冲区有内容，则收取，并把此缓冲区的未接收数减一，如果减至0，则置缓冲区为空。综上所述，需要对每个缓冲区单位设置空，满，互斥量，未收取数（empty，full，mutex，count）其中full是一个数组，记录每个接收者的情况，防止重复接收，mutex主要用来做count的互斥访问。此外，还要设置全局的互斥变量mutex。TypeBufferType=Recordmsg:MessageType;count:integer;mutex:semaphore;初值为1empty:semaphore;初值为1full:array1.nofsemaphore；初值全为0EndVar mute

9、x:semaphore;初值为1s:integer; 初值为0buff:array0.k-1ofBufferType; k是缓冲区大小；n是接收进程个数 m是发送进程个数，通过s进行“写互斥”ProcedureSender_i(i:integer);i为发送进程的标号Vars0,j:integer;BeginRepeatP(mutex);s0:=s;s:=(s+1)modk;V(mutex);P(buffs0.empty)；在buffs0.msg中写信息；P(buffs0.mutex)；buffs0.count:=n;V(buffs0.mutex);For(j:=1tondo)V(buffs0

10、.fullj);Untilfalse;EndProcedureRecvr(i:integer);i为接收进程的标号Varj:integer;Beginj:=0;RepeatP(buffj.fulli);从buffj.msg中读信息；P(buffj.mutex)；buffj.count:=buffj.count-1;If(buffj.count=0)ThenV(buffj.empty)；V(buffj.mutex);j:=(j+1)modkUntilfalse;End22.信号量说明：mutex，初值为，记录可进入临界区的进程数;互斥算法；P(mutex);进入临界区；V(mutex);结束；.

11、信号量说明：mutex，初值为m，记录可进入临界区的进程数;互斥算法；P(mutex);进入临界区；V(mutex);结束；25.一家快餐店招有4种雇员：（1）开票者，取顾客的订单；（2）厨师，准备饭菜；（3）包装员，把食物撞进袋中；（4）出纳，一手收钱一手交货。每位雇员可以看作一个在通信的顺序进程。他们采用的是什么方式的进程间通信？答：开票者和厨师之间是管道通信。开票者源源不断的把订单给厨师，一次可能给一张也可能给多张，厨师一次可能拿走一张订单去做也可能拿走多张去做。厨师和包装员之间是信箱通信，他们之间有个信箱，可能就是一个小平台，厨师做好就把菜放上去，相当于放进信箱，而包装员可以在任何时候

12、取走那个菜。包装员和出纳之间是消息缓冲通信，包装员包号了就给出纳发消息，出纳得到消息就取走包好的饭菜然后出售。29计算系统CPU利用率。答：1）Q等于无穷时，算法退化为FIFO，这时CPU利用率为T/（S+T）2）QT时，进程在用完时间片之前已被堵塞，因此CPU利用率仍为T/（S+T）3）SQ=2)级船闸，并且只能允许单向通行。船闸依次编号为1、2、T。由大西洋来的船需经由船闸T、T-1、1通过运河到太平洋；由太平洋来的船需经由船闸1、2、T通过运河到大西洋。试用P、V操作正确解决大西洋和太平洋的船只通航问题答：来自不同方向的船只对船闸要互斥使用。但如过有同方向的船只正在通行，则不用等待。对一

13、个船闸设以下变量：PtoAcount 整型，记录此船闸正由太平洋往大西洋航行的船只初值0。AtoPcount 整型，记录此船闸正由大西洋往太平洋航行的船只初值0。Mutex 信号量，对PtoAcount互斥初值1Mutex1 信号量，对AtoPcount互斥初值1Pass 信号量 初值1太平洋到大西洋的船：P(mutex);PtoAcount:=PtoAcount+1;ifPtoAcount=1thenP(pass);V(mutex);过P(mutex)PtoAcount:=PtoAcount-1;ifPtoAcount=0;thenV(pass);V(mutex);大西洋到太平洋的船:P(m

14、utex1);AtoPcount:=AtoPcount+1;ifAtoPcount=1;thenP(pass);V(mutex1);过P(mutex1)AtoPcount:=AtoPcount-1;ifAtoPcount=0;thenV(pass);V(mutex1);32题：有5个带运行的作业，它们的估计运行时间分别是9，6，3，5和x。采用那种次序的运行各种作业将得到最短的平均响应时间。解：采用最短作业优先法运行作业将得到最短平均相应时间。具体执行顺序是（依赖x）：1）x=3时，x35692）3x=5时，3x5693）5x=6时，35x694）6x=9时，356x95）9x时，3569x3

15、5答：设有n个柜台需要考虑等待人数如果没有顾客则柜台需要等待设置empty=0如果顾客太多则顾客需要等待设置Customer=0intCUSTOMER_NUM=1;intCOUNTER_NUM=1;Customer/取号码P(MUTEX_CUSTOMER_NUM);intX=CUSTOMER_NUM;CUSTOMER_NUM+;V(MUTEX_CUSTOMER_NUM);/等待叫号V(COUNTER);P(CUSTOMER);ACTION_CUSTOMER(X);CounterintX;REPEAT/叫号P(COUNTER);V(CUSTOMER);P(MUTEX_COUNTER_NUM);i

16、ntX=COUNTER_NUM;V(MUTEX_COUNTER_NUM);ACTION_COUNTER(X);UNTILfalse;37.对PV操作定义做如下修改P(s): s:=s-1;Ifs0Then将本进程插入相应队列末尾等待；V(s)： s:=s+1;Ifs=0Then从等待队列队尾取一个进程唤醒，插入就绪队列问题：（实现4个进程使用某一个需互斥使用的资源）1）这样定义P、V操作是否有问题？不合理：先进后出；可能“无限等待”2）先考虑用这样的P、V操作实现N个进程竞争使用某一共享变量的互斥机制。思路：令等待队列中始终只有一个进程。将“栈”变成“队列”VarS:array1.n-1ofs

17、emaphore;n为进程数目；Si初值为i；Sn-1到S1的作用好象是n-1层筛子ProcedurePi;Vari:integer;BeginRepeatPre_Do_it();Fori:=n-1Downto1DoP(Si);Do_It_In_Critical_Section;Fori:=1Ton-1DoV(Si);Post_Do_it();Untilfalse;End3）对于2）的解法，有无效率更高的方法。如有，试问降低了多少复杂性？上述解法每次都需要做2(n-1)次P/V操作，性能低下。采用二叉树的思想，改进如下：设有4个进程P1.P4，VarS1,S2,S3:semaphore;初值为

18、1ProcedureP1;P2isthesame BeginRepeatP(S1);P(S3);Do_It();V(S3);V(S1);Untilfalse;End;ProcedureP3;P4isthesameBeginRepeatP(S2);P(S3);Do_It();V(S3);V(S2);Untilfalse;End;假设共有2N个进程争用临界区；时间复杂性：2N-1 vsN；空间复杂性：2N-1vs2N-138用进程通讯的办法解决生产者消费者问题问题（设有N个缓冲区）生产者：Voidproducer(void)intitem;Messagem;While(TRUE)produce_i

19、tem(&item);Receive(consumer,&m);Build_message(&m,item);Send(consumer,&m);消费者：Voidconsumer(void);intitem,I;Messagem;For(i=0;iN;i+)send(producer,&m); /发N条空消息While(TRUE)Receive(producer,&m)；Extract_item(&m,&item);Send(producer,&m);Consumer_item(item);39.用管程实现哲学家就餐问题解法思想如下：一个想用餐的哲学家首先拿他（她）的左边叉子，拿到后若他（她）

20、的右边的叉子时空闲的则拿起它开始用餐，否则，他（她）放下左边的叉子并重复这个过程。该解法是非构造性的，即假设管程已经实现。FUNCTIONtest_and_pick_up(i:0.4):boolean;BEGINIFforki=usedTHENtest_and_pick_up=falseELSEBEGINforki:=used;test_and_pick_up:=trueENDEND;PROCEDUREput_down(i:0.4); 放下BEGINforki=free;signal(queuei);END;PROCEDUREinitialize; 初始化VARi:0.4BEGINFORi:=

21、0TO4DOBEGINforki:=free;ENDEND;BEGINinitializeEND;每个哲学家内部定义一个局部变量：VAR with_two_gorks:Boolean;i号哲学家（i=0,.4,)的活动是这样的：REPEATTHINKING；with_two_fork:=false;REPEATdining_philosophers.pick_up(i);IF dining_philosophers.test_and_pick_up(i+1) MOD5) THENwith_two_fork:=trueELSEdining_philosophers.put_down(i);UNT

22、ILwith_two_forks;EATING;dining_philosophers.put_down(i);dining_philosophers.put_down(i=1)MOD5);UNTILfalse;补充题:写者优先问题：readerRepeatP(s);P(mutex);RC:=RC+1;ifRC=1thenP(w);V(mutex);V(s);reading;P(mutex);RC:=RC-1;ifRC=0thenV(w);V(mutex);Untilfalse;writer:RepeatP(k);WC:=WC+1;ifWC=1thenP(s);V(k);P(w);writing;V(w);P(k);WC:=WC-1;ifWC=0thenV(s);V(k);Untilfalse;