計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)第四版課后習(xí)題答案

《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》課后習(xí)題答案

注：課本為《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)(第四版)》，湯小丹梁紅兵哲鳳屏湯子瀛編

著，

西安電子科技大學(xué)出版社出版

第一章

1.設(shè)計(jì)現(xiàn)代OS的主要目標(biāo)是什么？

答：⑴有效性⑵方便性⑶可擴(kuò)充性(4)開(kāi)放性

2.OS的作用可表現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？

答：⑴OS作為用戶(hù)與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口

⑵OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者

⑶OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象

3.為什么說(shuō)。故現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象？

答：OS首先在裸機(jī)上覆蓋一層I/。設(shè)備管理軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)硬件操作的第一

層次抽

象；在第一層軟件上冉覆蓋文件管理軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件資源操作的第二層次抽

象。OS通

過(guò)在計(jì)算機(jī)硬件上安裝多層系統(tǒng)軟件，增強(qiáng)了系統(tǒng)功能，隱藏了對(duì)硬件操作的細(xì)

節(jié)，由它們

共同實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象。

4.試說(shuō)明推動(dòng)多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ鞘裁矗?/p>

答：主要?jiǎng)恿?lái)源于四個(gè)方面的社會(huì)需求與技術(shù)發(fā)展：

⑴不斷提高計(jì)算機(jī)資源的利用率；

⑵方便用戶(hù)；

⑶器件的不斷更新?lián)Q代；

(4)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展。

5.何謂脫機(jī)I/O和聯(lián)機(jī)DO?

答：月-機(jī)I/O是指事先將裝有用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)的紙帶或卡片裝入紙帶輸入機(jī)或卡

片機(jī)，在

外圍機(jī)的控制下，把紙帶或卡片上的數(shù)據(jù)或程序輸入到磁帶上。該方式下的輸入

輸出由外圍

機(jī)控制完成，是在脫離主機(jī)的情況下進(jìn)行的。

而聯(lián)機(jī)I/O方式是指程序和數(shù)據(jù)的輸入輸出都是在主機(jī)的直接控制下進(jìn)行的。

6.試說(shuō)明推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ鞘裁矗?/p>

答：推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ歉?地滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。主要表現(xiàn)在:

CPU的

分時(shí)使用縮短了作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間；人機(jī)交互能力使用戶(hù)能直接控制自己的作

業(yè)；主機(jī)的共享使多用戶(hù)能同時(shí)使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，獨(dú)立地處理自己的作業(yè)。

7.實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題是什么？應(yīng)如何解決？答：關(guān)鍵問(wèn)題是當(dāng)用戶(hù)在自己

的終端上鍵入命令時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)接收并及時(shí)處理該命令,在用戶(hù)能接受的時(shí)延

內(nèi)將結(jié)果返回給用戶(hù)。

解決方法：針對(duì)及時(shí)接收問(wèn)題，可以在系統(tǒng)中設(shè)置多路卡，使主機(jī)能同時(shí)接收用

戶(hù)從各個(gè)終

端上輸入的數(shù)據(jù)；為每個(gè)終端配置緩沖區(qū)，暫存用戶(hù)鍵入的命令或數(shù)據(jù)。針對(duì)及

時(shí)處理問(wèn)題,應(yīng)使所有的用戶(hù)作業(yè)都直接進(jìn)入內(nèi)存，并且為每個(gè)作業(yè)分配一個(gè)時(shí)間

片，允許作業(yè)只在自己

的時(shí)間片內(nèi)運(yùn)行，這樣在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，能使每個(gè)作業(yè)都運(yùn)行一次。

8.為什么要引入實(shí)時(shí)OS

答：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)

該事件的處

理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。引入實(shí)時(shí)OS是為了滿(mǎn)足應(yīng)用的需求，

更好地滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域和實(shí)時(shí)信息處理領(lǐng)域的需要。

9.什么是硬實(shí)時(shí)任務(wù)和軟實(shí)時(shí)任務(wù)？試舉例說(shuō)明。

答：硬實(shí)時(shí)任務(wù)是指系統(tǒng)必須滿(mǎn)足任務(wù)對(duì)截止時(shí)間的要求，否則可能出現(xiàn)難以預(yù)

測(cè)的結(jié)果。

舉例來(lái)說(shuō)，運(yùn)載火箭的控制等。

軟實(shí)時(shí)任務(wù)是指它的截止時(shí)間并不嚴(yán)格，偶爾錯(cuò)過(guò)了任務(wù)的截止時(shí)間，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)

生的影響不大。舉例：網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容的更新、火車(chē)售票系統(tǒng)。

10.在8位微機(jī)和16位微機(jī)中，占據(jù)了統(tǒng)治地位的是什么操作系統(tǒng)？

答：?jiǎn)斡脩?hù)單任務(wù)操作系統(tǒng)，其中最具代表性的是CP/M和MS-DOS.

11.試列出WindowsOS中五個(gè)主要版本，并說(shuō)明它們分別較之前一個(gè)版本有何改

進(jìn)。

答：

(1)MicrosoftWindowsl.O是微軟公司在個(gè)人電腦上開(kāi)發(fā)圖形界面的首次嘗試。

⑵Windows95是混合的16位/32位系統(tǒng)，第一個(gè)支持32位。帶來(lái)了更強(qiáng)大、更

穩(wěn)

定、更實(shí)用的桌面圖形用戶(hù)界面，結(jié)束了桌面操作系統(tǒng)間的競(jìng)爭(zhēng)。

(3)Windows98是微軟公司的混合16位/32位Windows操作系統(tǒng)，改良了硬件標(biāo)準(zhǔn)

的支持，革新了內(nèi)存管理，是多進(jìn)程操作系統(tǒng)。

(4)WindowsXP是基于Windows2000的產(chǎn)品，擁有新用戶(hù)圖形界面月神Luna。簡(jiǎn)

化了用戶(hù)安全特性，整合了防火墻。

(5)WindowsVista包含/上百種新功能；特別是新版圖形用戶(hù)界面和WindowsAero

全新界面風(fēng)格、加弓11的搜尋功能(WindowsIndexingService)、新媒體創(chuàng)作工具以及

重新設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)、音頻、輸出（打印）和顯示子系統(tǒng)。。

12.試從交互性、及時(shí)性以及可靠性方面，將分時(shí)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行比較。

答：⑴及時(shí)性：實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求與分時(shí)系統(tǒng)類(lèi)似，都是以人所

能接受的等待時(shí)間來(lái)確定；而實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的及時(shí)性，是以控制對(duì)象所要求的開(kāi)

始截止時(shí)間或完成截止時(shí)間來(lái)確定的，一般為秒級(jí)到毫秒級(jí)，甚至有的要低于100

微妙。

⑵交互性：實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)具有交互性，但人與系統(tǒng)的交互僅限于訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)中

某

些特定的專(zhuān)用服務(wù)程序。不像分時(shí)系統(tǒng)那樣能向終端用戶(hù)提供數(shù)據(jù)和資源共享等

服務(wù)。

⑶可靠性：分時(shí)系統(tǒng)也要求系統(tǒng)可靠，但相比之下，實(shí)時(shí)系統(tǒng)則要求系統(tǒng)具有高

度

的可靠性。因?yàn)槿魏尾铄e(cuò)都可能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至是災(zāi)難性后果，所以

在實(shí)時(shí)系統(tǒng)

中，往往都采取了多級(jí)容錯(cuò)措施保障系統(tǒng)的安全性及數(shù)據(jù)的安全性。

13.OS有哪幾大特征？其最基本的特征是什么？

答：并發(fā)性、共享性、虛擬性和異步性四個(gè)基本特征；最基本的特征是并發(fā)性。

14.處理機(jī)管理有哪些主要功能？它們的主要任務(wù)是什么？

答：處理機(jī)管理的主要功能是：進(jìn)程管理、進(jìn)程同步、進(jìn)程通信和處理機(jī)調(diào)度；

進(jìn)程管理：為作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程，撤銷(xiāo)已結(jié)束進(jìn)程，控制進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)

換。

進(jìn)程同步：為多個(gè)進(jìn)程（含線(xiàn)程）的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)。

通信：用來(lái)實(shí)現(xiàn)在相互合作的進(jìn)程之間的信息交換。

處理機(jī)調(diào)度：

⑴作業(yè)調(diào)度。從后備隊(duì)里按照一定的算法，選出若干個(gè)作業(yè)，為他們分配運(yùn)行所

需

的資源（首選是分配內(nèi)存）。

⑵進(jìn)程調(diào)度：從進(jìn)程的就緒隊(duì)列中，按照一定算法選出一個(gè)進(jìn)程，把處理機(jī)分配

給

它，并設(shè)置運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，使進(jìn)程投入執(zhí)行。

15.內(nèi)存管理有哪些主要功能？他們的主要任務(wù)是什么？

北京石油化工學(xué)院信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)系3/48

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答：內(nèi)存管理的主要功能有：內(nèi)存分配、內(nèi)存保護(hù)、地址映射和內(nèi)存擴(kuò)充。

內(nèi)存分配：為每道程序分配內(nèi)存。

內(nèi)存保護(hù)：確保每道用戶(hù)程序都只在自己的內(nèi)存空間運(yùn)行，彼此互不干擾。

地址映射：將地址空間的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間與對(duì)應(yīng)的物理地址。

內(nèi)存擴(kuò)充：用于實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求調(diào)用功能，置換功能等。

16.設(shè)備管理有哪些主要功能？其主要任務(wù)是什么？

答：主要功能有：緩沖管理、設(shè)備分配和設(shè)備處理以及虛擬設(shè)備等。

主要任務(wù)：完成用戶(hù)提出的I/O請(qǐng)求，為用戶(hù)分配I/O設(shè)備；提高CPU和DO設(shè)

備的利用率；提高I/O速度；以及方便用戶(hù)使用I/O設(shè)備.

17.文件管理有哪些主要功能？其主要任務(wù)是什么？

答：文件管理主要功能：文件存儲(chǔ)空間的管理、目錄管理、文件的讀/寫(xiě)管理和保

護(hù)。

文件管理的主要任務(wù)：管理用戶(hù)文件和系統(tǒng)文件，方便用戶(hù)使用，保證文件安全

性。

18.是什么原因使操作系統(tǒng)具有異步性特征？

答：操作系統(tǒng)的異步性體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是進(jìn)程的異步性，進(jìn)程以人們不可預(yù)

知的速度向前推進(jìn)，二是程序的不可再現(xiàn)性，即程序執(zhí)行的結(jié)果有時(shí)是不確定的,

三是程序執(zhí)行時(shí)間的不可預(yù)知性，即每個(gè)程序何時(shí)執(zhí)行，執(zhí)行順序以及完成時(shí)間

是不確定的。

19.模塊接口法存在哪些問(wèn)題？可通過(guò)什么樣的途徑來(lái)解決？

答：（1）模塊接口法存在的問(wèn)題：①在OS設(shè)計(jì)時(shí)，各模塊間的接口規(guī)定很難滿(mǎn)足

在模決完成后對(duì)接口的實(shí)際需求。②在OS設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者必須做出一系列的決

定，每一個(gè)決定必

須建立在上一個(gè)決定的基礎(chǔ)上。但模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各模塊設(shè)計(jì)齊頭并進(jìn)，無(wú)法

尋找可靠的

順序，造成各種決定的無(wú)序性，使程序設(shè)計(jì)人員很難做到設(shè)計(jì)中的每一步?jīng)Q定都

建立在可靠的基礎(chǔ)上，因此模塊接口法被稱(chēng)為“無(wú)序模塊法”。

（2）解決途徑：將模塊接口法的決定順序無(wú)序變有序，引入有序分層法。

20.在微內(nèi)核OS中，為什么要采用客戶(hù)/服務(wù)器模式？

答：C/S模式具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：⑴數(shù)據(jù)的分布處理和存儲(chǔ)。⑵便于集中管理。⑶靈

活性和可擴(kuò)充性0⑷易于改編應(yīng)用軟件。

21.試描述什么是微內(nèi)核OS

答：1）足夠小的內(nèi)核2）基于客戶(hù)/服務(wù)器模式

3）應(yīng)用機(jī)制與策略分離原理4）采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)。

22.在基于微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的OS中，應(yīng)用了哪些新技術(shù)？

答：在基于微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的OS中，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)汁技術(shù)。

23.何謂微內(nèi)核技術(shù)？在微內(nèi)核中通常提供了哪些功能？

答：把操作系統(tǒng)中更多的成分和功能放到更高的層次（即用戶(hù)模式）中去運(yùn)行，

而留下一個(gè)

盡量小的內(nèi)核，用它來(lái)完成操作系統(tǒng)最基本的核心功能，稱(chēng)這種技術(shù)為微內(nèi)核技

術(shù)。在微內(nèi)

核中通常提供了進(jìn)程（線(xiàn)程）管理、低級(jí)存儲(chǔ)器管理、中斷和陷入處理等功能。

24.微內(nèi)核操作系統(tǒng)具有哪些優(yōu)點(diǎn)？它為何能有這些優(yōu)點(diǎn)？

答：1）提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性

2）增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性

3）可移植性

4）提供了對(duì)分布式系統(tǒng)的支持

5）融入了面向?qū)ο蠹夹g(shù)

第二章

1.什么是前趨圖？為什么要引入前趨圖？

答:前趨圖（PrecedenceGraph）是~■個(gè)有向無(wú)循環(huán)圖，記為DAG（DirectedAcyclicGraph）,

用于描述進(jìn)程之間執(zhí)行的前后關(guān)系。

2.畫(huà)出下面四條語(yǔ)句的前趨圖

Sl=a：=x+y;S2=b:=z+l;S3=c:=a-b;S4=w：=c+l;

答：其前趨圖為：

3.什么程序并發(fā)執(zhí)行會(huì)產(chǎn)生間斷性特征？

答：程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)，由于它們共享系統(tǒng)資源，為完成同一項(xiàng)任務(wù)需要相互合

作，致使這

些并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程之間，形成了相互制約關(guān)系，從而使得進(jìn)程在執(zhí)行期間出現(xiàn)間

斷性。

4.程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)為什么會(huì)失去封閉性和可再現(xiàn)性？

答：程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)，多個(gè)程序共享系統(tǒng)中的各種資源，因而這些資源的狀態(tài)由

多個(gè)程序改

變，致使程序運(yùn)行失去了封閉性，也會(huì)導(dǎo)致其失去可再現(xiàn)性。

5.在操作系統(tǒng)中為什么要引入進(jìn)程概念？它會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響？

答：為了使程序在多道程序環(huán)境下能并發(fā)執(zhí)行，并對(duì)并發(fā)執(zhí)行的程序加以控制和

描述，在操

作系統(tǒng)中引入了進(jìn)程概念。

影響：使程序的并發(fā)執(zhí)行得以實(shí)行。

6.試從動(dòng)態(tài)性，并發(fā)性和獨(dú)立性上比較進(jìn)程和程序？

答：⑴動(dòng)態(tài)性是進(jìn)程最基本的特性，表現(xiàn)為由創(chuàng)建而產(chǎn)生，由調(diào)度而執(zhí)行，因得

不到資源

而暫停執(zhí)行，由撤銷(xiāo)而消亡。進(jìn)程有一定的生命期，而程序只是一組有序的指令

集合，是靜

態(tài)實(shí)體。⑵并發(fā)性是進(jìn)程的重要特征，同時(shí)也是OS的重要特征。引入進(jìn)程的目的

正是為了使

其程序能和其它進(jìn)程的程序并發(fā)執(zhí)行，而程序是不能并發(fā)執(zhí)行的。

⑶獨(dú)立性是指進(jìn)程實(shí)體是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，也是系統(tǒng)中獨(dú)立獲得資源

和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。對(duì)于未建立任何進(jìn)程的程序，不能作為獨(dú)立單位參加運(yùn)

行。

7.試說(shuō)明PCB的作用，為什么說(shuō)PCB是進(jìn)程存在的惟一標(biāo)志？

答：PCB是進(jìn)程實(shí)體的一部分，是操作系統(tǒng)中最重要的記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。作用是使

一個(gè)在多道程序環(huán)境下不能獨(dú)立運(yùn)行的程序，成為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，

成為能與其它進(jìn)程

并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程。OS是根據(jù)PCB對(duì)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程進(jìn)行控制和管理的。

8.試說(shuō)明進(jìn)程在三個(gè)基本狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的典型原因。

答：⑴就緒狀態(tài)一執(zhí)行狀態(tài)：進(jìn)程分配到CPU八源

⑵執(zhí)行狀態(tài)一就緒狀態(tài)：時(shí)間片用完

⑶執(zhí)行狀態(tài)一阻塞狀態(tài)：I/O請(qǐng)求

(4)阻塞狀態(tài)一就緒狀態(tài)：I/O完成

9.為什么要引入掛起狀態(tài)？該狀態(tài)有哪些性質(zhì)？

答：引入掛起狀態(tài)處于五種不同的需要：終端用戶(hù)需要，父進(jìn)程需要，操作系統(tǒng)

需要，對(duì)換

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需要和負(fù)荷調(diào)節(jié)需要。處于掛起狀態(tài)的進(jìn)程不能接收處理機(jī)調(diào)度。

10.在進(jìn)行進(jìn)程切換時(shí)，所要保存的處理機(jī)狀態(tài)信息有哪些？

答：進(jìn)行進(jìn)程切換時(shí)，所要保存的處理機(jī)狀態(tài)信息有：

⑴進(jìn)程當(dāng)前暫存信息

⑵下一指令地址信息

⑶進(jìn)程狀態(tài)信息

(4)過(guò)程和系統(tǒng)調(diào)用參數(shù)及調(diào)用地址信息。

11.試說(shuō)明引起進(jìn)程創(chuàng)建的主要事件。

答：引起進(jìn)程創(chuàng)建的主要事件有：用戶(hù)登錄、作業(yè)調(diào)度、提供服務(wù)、應(yīng)用請(qǐng)求。

12.試說(shuō)明引起進(jìn)程被撤銷(xiāo)的主要事件。

答：引起進(jìn)程被撤銷(xiāo)的主要事件有：正常結(jié)束、異常結(jié)束(越界錯(cuò)誤、保護(hù)錯(cuò)、非

法指令、

特權(quán)指令錯(cuò)、運(yùn)行超時(shí)、等待超時(shí)、算術(shù)運(yùn)算錯(cuò)、I/O故障)、外界干預(yù)(操作員或

操作系

統(tǒng)干預(yù)、父進(jìn)程請(qǐng)求、父進(jìn)程終止)。

13.在創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程時(shí)所要完成的主要工作是什么？

答：

⑴OS發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求創(chuàng)建新進(jìn)程事件后，調(diào)用進(jìn)程創(chuàng)建原語(yǔ)Creato；

⑵申請(qǐng)空白PCB

⑶為新進(jìn)程分配資源；

(4)初始化進(jìn)程控制塊；

⑸將新進(jìn)程插入就緒隊(duì)列.

14.在撤銷(xiāo)一個(gè)進(jìn)程時(shí)所要完成的主要工作是什么？

答：

⑴根據(jù)被終止進(jìn)程標(biāo)識(shí)符，從PCB集中檢索出進(jìn)程PCB讀出該進(jìn)程狀態(tài)。

⑵若被終止進(jìn)程處于執(zhí)行狀態(tài)，立即終止該進(jìn)程的執(zhí)行，置調(diào)度標(biāo)志真，指示該

進(jìn)程被

終止后重新調(diào)度。

⑶若該進(jìn)程還有子進(jìn)程，應(yīng)將所有子孫進(jìn)程終止，以防它們成為不可控進(jìn)程。

(4)將被終止進(jìn)程擁有的全部資源，歸還給父進(jìn)程，或歸還給系統(tǒng)。

⑸將被終止進(jìn)程PCB從所在隊(duì)列或列表中移出，等待其它程序搜集信息。

15.試說(shuō)明引起進(jìn)程阻塞或被喚醒的主要事件是什么？

答：a.請(qǐng)求系統(tǒng)服務(wù)；b.啟動(dòng)某種操作；c.新數(shù)據(jù)尚未到達(dá)；d.無(wú)新工作可做.

16.進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)存在哪兩種形式的制約？并舉例說(shuō)明之。

答：

⑴間接相互制約關(guān)系。舉例：有兩進(jìn)程A和B,如果A提出打印請(qǐng)求，系統(tǒng)已把唯

一的

一臺(tái)打印機(jī)分配給了進(jìn)程B,則進(jìn)程A只能阻塞；一旦B釋放打印機(jī)，A才由阻塞

改為就

緒。

⑵直接相互制約關(guān)系。舉例：有輸入進(jìn)程A通過(guò)單緩沖向進(jìn)程B提供數(shù)據(jù)。當(dāng)緩

沖空時(shí)，計(jì)算進(jìn)程因不能獲得所需數(shù)據(jù)而阻塞，當(dāng)進(jìn)程A把數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)后，

便喚醒進(jìn)程B;反

之，當(dāng)緩沖區(qū)已滿(mǎn)時(shí)，進(jìn)程A因沒(méi)有緩沖區(qū)放數(shù)據(jù)而阻塞，進(jìn)程B將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)

取走后便喚醒Ao

17.為什么進(jìn)程在進(jìn)入臨界區(qū)之前應(yīng)先執(zhí)行“進(jìn)入?yún)^(qū)”代碼？而在退出前又要執(zhí)

行“退出區(qū)”代碼？

答：為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程對(duì)臨界資源的互斥訪(fǎng)問(wèn)，必須在臨界區(qū)前面增加一段用于

檢查欲訪(fǎng)問(wèn)

的臨界資源是否正被訪(fǎng)問(wèn)的代碼，如果未被訪(fǎng)問(wèn)，該進(jìn)程便可進(jìn)入臨界區(qū)對(duì)資源

進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，并設(shè)置正被訪(fǎng)問(wèn)標(biāo)志，如果正被訪(fǎng)問(wèn)，則本進(jìn)程不能進(jìn)入臨界區(qū)，實(shí)

現(xiàn)這一功能的代碼為〃

北京石油化工學(xué)院信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)系6/48

《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》習(xí)題參考答案余有明與計(jì)07和計(jì)G09的同學(xué)們編著6/48

進(jìn)入?yún)^(qū)〃代碼；

在退出臨界區(qū)后，必須執(zhí)行〃退出區(qū)”代碼，用于恢復(fù)未被訪(fǎng)問(wèn)標(biāo)志，使其它進(jìn)程

能再坊問(wèn)此

臨界資源。

18.同步機(jī)構(gòu)應(yīng)遵循哪些基本準(zhǔn)則？為什么？

答：同步機(jī)構(gòu)應(yīng)遵循的基本準(zhǔn)則是：空閑讓進(jìn)、忙則等待、有限等待、讓權(quán)等待

原因：為實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥進(jìn)入自己的臨界區(qū)。

19.試從物理概念上說(shuō)明記錄型信號(hào)量wait和signal.

答：wait(S)：當(dāng)S.val吟0時(shí),表示目前系統(tǒng)中這類(lèi)資源還有可用的。執(zhí)行一次wait

操

作，意味著進(jìn)程請(qǐng)求一個(gè)單位的該類(lèi)資源，使系統(tǒng)中可供分配的該類(lèi)資源減少一

個(gè)，因此描

述為S.value:=S.value-1;當(dāng)S.value<0時(shí)，表示該類(lèi)資源已分配完畢，進(jìn)程應(yīng)調(diào)用block

原語(yǔ)自我阻塞，放棄處理機(jī)，并插入到信號(hào)量鏈表S.L中。

signal(S)：執(zhí)行一次signal操作，意味著釋放一個(gè)單位的可用資源，使系統(tǒng)中可供分

配的該類(lèi)資源數(shù)增加一個(gè)，故執(zhí)行S.valuekS.vakie+1操作。若加1后S.vakie<0,則表

示在該信號(hào)量鏈表中，仍有等待該資源的進(jìn)程被阻塞，因此應(yīng)調(diào)用wakeup原語(yǔ)，

將S.L

鏈表中的第一個(gè)等待進(jìn)程喚醒。

20.你認(rèn)為整型信號(hào)量機(jī)制是否完全遵循了同步機(jī)構(gòu)的四條準(zhǔn)則？

答：整型信號(hào)量機(jī)制不完全遵循同步機(jī)制的四條準(zhǔn)則，它不滿(mǎn)足“讓權(quán)等待”準(zhǔn)

則。

21.如何利用信號(hào)量機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程對(duì)臨界資源的互斥訪(fǎng)問(wèn)？并舉例說(shuō)明

之。

答：為使多個(gè)進(jìn)程互斥訪(fǎng)問(wèn)某臨界資源，只需為該資源設(shè)置一互斥信號(hào)量mutex,

并設(shè)其

初值為1,然后將各進(jìn)程訪(fǎng)問(wèn)該資源的臨界區(qū)CS置于wait(mutex)和signal(mutex)操作

之間即可。這樣，每個(gè)欲訪(fǎng)問(wèn)該臨界資源的進(jìn)程在進(jìn)入臨界區(qū)之前，都要先對(duì)mutex

執(zhí)行

wail操作，若該資源此刻未被訪(fǎng)問(wèn)，本次wait操作必然成功，進(jìn)程便可進(jìn)入自己的

臨界

區(qū)，

這時(shí)若再有其他進(jìn)程也欲進(jìn)入自己的臨界區(qū)，此時(shí)由于對(duì)mutex執(zhí)行wait操作定會(huì)

失敗，

因而該進(jìn)程阻塞，從而保證了該臨界資源能被互斥訪(fǎng)問(wèn)。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)臨界資源的進(jìn)程

退出臨界區(qū)

后，應(yīng)對(duì)mutex執(zhí)彳Tsignal操作，釋放該臨界資源。利用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥的進(jìn)

程描述

如下：

Varmutex:semaphore:=l;

begin

parbegin

process1:begin

repeat

wait(mutex)；

criticalsection

signal(mutex)；

remainderseetion

untilfalse;

end

process2:begin

repeat

wait(mutex)；

criticalsection

signal(mutex)；

remaindersection

untilfalse;

end

parend

22.試寫(xiě)出相應(yīng)的程序來(lái)描述圖2.17所示的前驅(qū)圖。

23(a)Vara,b,c,d,e,f,g,h;semaphore:=0,0,0,0,0,0,0,0;

begin

parbegin

beginS1;signal(a);signal(b);end;

beginwait(a);S2;signal(c);signal(d);end;

beginwait(b);S3;signal(e);end;

beginwait(c);S4;signal(f);end;

beginwait(d);S5;signal(g);end;

begin\vait(e);S6;signal(h);end;

beginwait(f);wait(g);wait(h);S7;end;

parend

end

(b)Vara,b,c,d,e,f,g,h,i,j;semaphoresO,0,0,0,0,0,0,0,0,0;

begin

parbegin

beginS1;signal(a);signal(b);end;

beginwait(a);S2;signal(c);signal(d);end;

beginwait(b);S3;signal(e);signal(f);end;

beginwait(c);S4;signal(g);end;

beginwait(d);S5;signal(h);end;

beginwait(e);S6;signal(i);end;

beginwait(f);S7;signal(j);end;

beginwait(g);wait(h);wait(i);wait(j);S8;end;parend

end

23.在生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題中，如果缺少了signal(full)或signal(empty),對(duì)執(zhí)行結(jié)果有何

影響？

答：

如果缺少signal(full),那么表明從第一個(gè)生產(chǎn)者進(jìn)程開(kāi)始就沒(méi)有改變信號(hào)量full值，

即使緩沖池產(chǎn)品已滿(mǎn)，但full值還是0,這樣消費(fèi)者進(jìn)程執(zhí)行wait(full)時(shí)認(rèn)為緩沖池

是

空

而取不到產(chǎn)品，消費(fèi)者進(jìn)程一直處于等待狀態(tài)。

如果缺少signaKempty),在生產(chǎn)者進(jìn)程向n個(gè)緩沖區(qū)投滿(mǎn)產(chǎn)品后消費(fèi)者進(jìn)程才開(kāi)始從

中取產(chǎn)品，這時(shí)emply=0,full=n,那么每當(dāng)消費(fèi)者進(jìn)程取走一個(gè)產(chǎn)品emply值并不改變,

直到緩沖池取空了，emply值也是0,即使目前緩沖池有n個(gè)空緩沖區(qū)，生產(chǎn)者進(jìn)程

要想再往緩沖池中投放產(chǎn)品也會(huì)因?yàn)樯暾?qǐng)不到空緩沖區(qū)被阻塞。

24.在生產(chǎn)消費(fèi)者問(wèn)題中，如果將兩個(gè)wait操作即wait(full)和wait(mutex)互換位置,

或者將signal(mutex)與signal(full)互換位置，結(jié)果如何？

答：將wait(full)和wait(mutex)互換位置后，可能引起死鎖。考慮系統(tǒng)中緩沖區(qū)全滿(mǎn)

時(shí)若一生產(chǎn)者進(jìn)程先執(zhí)行了wait(mutex)操作并獲得成功，則當(dāng)再執(zhí)行wait(empty)

操作時(shí)，

它將因失敗而進(jìn)入阻塞狀態(tài)，它期待消費(fèi)者進(jìn)程執(zhí)行signal(empty)來(lái)喚醒自己，在

此之前，

它不可能執(zhí)行signal(mutex)操作，從而使試圖通過(guò)執(zhí)行wait(mutex)操作而進(jìn)入自己的

臨

界區(qū)的其他牛產(chǎn)者和所有消費(fèi)者進(jìn)程全部進(jìn)入阻塞狀態(tài)，這樣容易引起系統(tǒng)死鎖.

若signal(mutex)和signal(full)互換位置后只是影響進(jìn)程對(duì)臨界資源的釋放次序，而

不會(huì)引起系統(tǒng)死鎖，因此可以互換位置。

25.我們?cè)跒槟骋慌R界資源設(shè)置一把鎖/當(dāng)W=1時(shí)表示關(guān)鎖，當(dāng)W=0寸表示鎖已

打開(kāi)。

試寫(xiě)出開(kāi)鎖和關(guān)鎖的原語(yǔ)，并利用他們實(shí)現(xiàn)互斥。

答：整型彳f號(hào)量：lock(W):whileW=Idono-op

W:=l;

unlock(W):W:=0;

記錄型信號(hào)量：lock(W):W:=W+l;

if(W>l)thenblock(W,L)

unlock(W):W:=W-l;

if(W>O)thenwakeup(W,L)

例子：

VarW:semaphore:=0;beginrepeatlock(W);

criticalsection

unlock(W);

remaindersection

untilfalse;

end

26.試修改下面生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題解法中的錯(cuò)誤

答:producer:

begin

repeatproduceraniteminnextp;

wait(mutex);

wait(fuH);/*應(yīng)為wait(empty),而且還應(yīng)該在wait(mutex)的前面*/buffer(in):二nextp;

/*緩沖池?cái)?shù)組防I標(biāo)應(yīng)前移：in:=(in+l)modn;*/

signal(mulex);

/*signal(full);*/

untilfalse;

end

consumer:

begin

repeat

wait(mutex);

wait(empty);/*應(yīng)為wait(fuH),而且還應(yīng)該在wait(mutex)的前面*/

nextc:=buffer(out);

out:=out+l;/*考慮循環(huán)，應(yīng)改為：out:=(out+1)modn;*/

signal(mutex);/*signal(empty);*/

consumeriteminnextc;

untilfalse;

end

27.試?yán)糜涗浶托盘?hào)量寫(xiě)出一個(gè)不會(huì)出現(xiàn)死鎖的哲學(xué)家進(jìn)餐問(wèn)題的算法

答:Varchopstick:array[0,,?,,4]ofsemaphore;

所有信號(hào)量均被初始化為1,第i位哲學(xué)家的活動(dòng)可描述為：

Repeal

Wait(chopstick[i]);

Wait(.chopstick[(i+l)mod5]);

Ea.t;

Signal(chopstick[i]);

Signal(chopstick[(i+1)mod5])

Ea.t;

Think;

Untilfalse;

28.在測(cè)量控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，把所采集的數(shù)據(jù)送一單緩沖區(qū)；計(jì)算任

務(wù)從該單緩沖中取出數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算.試寫(xiě)出利用信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)兩者共享單緩沖

的同步算法。

答：

a.Varmutex,empty.full:semaphore:=1,1,0;

gather:

begin

repeatgatherdalainnextp;

wait(empty);

wait(mutex);

buffer:=nextp;

signal(mutex);

signal(full);

untilfalse;

end

compute:

begin

repeatwait(tull);

wait(mutex);

nextc:=buffer;

signal(mutex);

signal(empty);

computedatainnextc;

untilfalse;

end

b.Varempty,full:semaphores1,0;

gather:

begin

repeatgatherdatainnextp;

wait(empty);

buffer:=nextp;

signal(full);

untilfalse;

end

compute:

begin

repeatwait(full);

nextc:=buffer;

signal(empty);

computedatainnextc;

untilfalse;

end

29.畫(huà)圖說(shuō)明管程由哪幾部分組成，為什么要引入條件變量？

答：管程由四部分組成：①管程的名稱(chēng)；②局部于管程內(nèi)部的共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說(shuō)明;

③對(duì)該數(shù)

據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作的一組過(guò)程；④對(duì)局部于管程內(nèi)部的共享數(shù)據(jù)設(shè)置初始值的語(yǔ)句;

當(dāng)一個(gè)進(jìn)程調(diào)用了管程，在管程中時(shí)被阻塞或掛起，直到阻塞或掛起的原因解除,

而在此期

間，如果該進(jìn)程不釋放管程，則其它進(jìn)程無(wú)法進(jìn)入管程，被迫長(zhǎng)時(shí)間地等待。為

了解決這個(gè)

問(wèn)題，引入了條件變量condition￡

30.如何利用管程來(lái)解決生產(chǎn)者與消費(fèi)者問(wèn)題？

答；首先建立一'個(gè)管程，命名為ProcluccrConsumcr,包括兩個(gè)過(guò)程；

(1)Put(item)過(guò)程。生產(chǎn)者利用該過(guò)程將自己生產(chǎn)的產(chǎn)品放到緩沖池，用整型變量

count表示在緩沖池中已有的產(chǎn)品數(shù)目，當(dāng)count>n時(shí)，表示緩沖池已滿(mǎn)，生產(chǎn)者須

等待。

(2)get(item)過(guò)程。消費(fèi)者利用該過(guò)程從緩沖池中取出一個(gè)產(chǎn)品，當(dāng)count<0時(shí)，

表示緩沖池中已無(wú)可取的產(chǎn)品，消費(fèi)者應(yīng)等待。

PC管程可描述如下：

typeproducer-consumer=monitor

Varin,out,count:integer;

buffer:array[0,???,n-1]ofitem;

notfull,notempty:condition;

procedureentrydot(item)

begin

ifcount>=nthennotfull.wait;

buffer(in):=nextp;

in:=(in+l)modn;

count:=count+l;

ifnotempty.queuethennotempty.signal;

end

procedureentryget(item)

begin

ifcounl<=Othennolfull.wait;

nextc:=buffer(out);

out:=(out+l)modn;

count:=count-l;

ifnotfull.quenethennotfull.signal;

end

beginin:=out:=0;

count:=0

end

在利用管程解決生產(chǎn)者一消費(fèi)者問(wèn)題時(shí)，其中的生產(chǎn)者和消費(fèi)者可描述為:

producer:begin

pepeat

produceanineminnestp

PC.put(item);

untilfalse;

end

consumer:beginrepeatPC.get(item);

consumetheiteminenxtc;

untilfalse;

end

31.什么是AND言號(hào)量？試?yán)肁ND言號(hào)量寫(xiě)出生產(chǎn)者一消費(fèi)者問(wèn)題的解法。

答：為解決并行帶來(lái)的死鎖問(wèn)題，在wail操作中引入AND條件，其基本思想是將

進(jìn)程在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中所需要的所有臨界資源，一次性地全部分配給進(jìn)程，用完

后一次性釋放。

解決生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題可描述如下：

varmutex,empty,full:semaphore:=l,n,O;

buffer:array[O,...,n-l]ofitem;

in,out:integer:=0,0;

begin

parbegin

producer:begin

repeat

???

produceaniteminnextp;

wait(empty);

wait(sl,s2,s3,...,sn);//s1,s2,...,sn為執(zhí)行生產(chǎn)者進(jìn)程除empty外其余的條件

wait(mutex);

buffer(in):=nextp;

in;=(in+l)niodn;

signal(mutex);

signal(full);

signals1,s2,s3,...,sn);

untilfalse;

endconsumer:begin

repeat

wait(full);

wait(kl,k2,k3,...,kn);//kl,k2,...,kn為執(zhí)行消費(fèi)者進(jìn)程除full外其余的條件

wait(mutcx);

nextc:=buffer(out);

out:=(out+l)modn;

signal(mutex);

signal(empty);

signaKk1,k2,k3,...,kn);

consumetheiteminnextc;

untilfalse;

endparendend

32.什么是信號(hào)量集？試?yán)眯盘?hào)量集寫(xiě)出讀者一寫(xiě)者問(wèn)題的解法。

答：對(duì)AND言號(hào)量加以擴(kuò)充，形成的信號(hào)量集合的讀寫(xiě)機(jī)制。

解法：VarRNinteger;

L,mx:semaphore:=RN,1;

beginparbeginreader:begin

repeal

Swait(LJJ);

Swait(mx,l,l);

perfbrmreadoperation;

???

Ssignal（L,l）;

untilfalseendwriter:beginrepeat

Swait（mx,l,l;L,RN,0）;

performwriteoperation;

Ssignal（mx,l）;

untilfalseend

parendend

33.試比較進(jìn)程間的低級(jí)與高級(jí)通信工具。

答：用戶(hù)用低級(jí)通信