操作系统第2章练习题.doc

第2章 进程管理2.1 典型例题解析【例1】试比较进程与程序的异同。（哈尔滨工业大学2000年研究生考题）答：进程和程序是紧密相关而又完全不同的概念。（1）每个进程实体中包含了程序段、数据段这两个部分，因此说进程和程序是紧密相关的。但从结构上看，进程实体中除了程序段和数据段外，还必须包含一个数据结构，即进程控制块PCB。（2）进程是程序的一次执行过程，因此是动态的；动态性还表现在进程由创建产生、由调度而执行、由撤销而消亡，即它具有一定的生命周期。而程序则只是一组指令的有序集合，并可永久地存放在某种介质上，其本身不具有动态的含义，因此是静态的。（3）多个进程实体可同时存放在内存中并发执行，其实这正是引入进程的目的。而程序的并发执行具有不可再现性，因此程序不能正确地并发执行。（4）进程是一个能够独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。而因程序不具有PCB，所以它是不可能在多道程序环境下独立运行的。（5）进程和程序不一一对应。同一个程序的多次运行，将形成多个不同的进程；同一个程序的一次执行也可以产生多个进程；而一个进程也可以执行多个程序。【例2】什么是进程控制块？它有什么作用？答：进程控制块PCB是一个记录进程属性信息的数据结构，是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的数据结构。当操作系统要调度某进程执行时，需要从该进程的PCB中查询其现行状态和优先级调度参数；在调度到某进程后，要根据其PCB中保存的处理机状态信息去设置和恢复进程运行的现场，并根据其PCB中的程序和数据的内存地址来找到其程序和数据；进程在执行过程中，当需要与其它进程通信时，也要访问其PCB；当进程因某种原因而暂停执行时，又需要将断点的现场信息保存在其PCB中。系统在建立进程的同时就建立了该进程的PCB，在撤销一个进程时也就撤销其PCB。由此可知，操作系统根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理，PCB是进程存在的惟一标志。【例3】什么是原语？答：原语是由若干条机器指令构成的一段程序，用以完成特定的功能。这段程序在执行期间不可分割。也就是说，原语的执行不能被中断，所以原语操作具有原子性。【例4】进程和线程的主要区别是什么？（西北工业大学1999年研究生考题）答：从调度、并发性、系统开销、拥有资源等方面来比较线程和进程：调度。无线程概念的操作系统中，独立调度、分派的基本单位是进程。而在引入线程的操作系统中，则把线程作为调度和分派的基本单位，而进程是资源的拥有者。同一进程中的线程之间切换，不会引起进程切换而不通进程的线程之间切换，会引起进程切换。并发性。在引入线程的操作系统中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间亦可并发执行，因而使操作系统具有更好的并发性，从而能更有效地使用系统资源和提高系统吞吐量。拥有资源。不论是无线程概念的操作系统，还是设有线程的操作系统，进程都是拥有资源的一个独立单位，它可以拥有自己的资源。一般地说，线程自己不拥有系统资源（也有一点必不可少的资源），但它可以访问其隶属进程的资源。系统开销。由于在创建、撤销或切换进程时，系统都要为之分配或回收资源，保存CPU现场。因此，操作系统所付出的开销将显著地大于在创建、撤销或切换线程时的开销。【例5】a，b两点之间是一段东西向的单行车道，现要设计一个自动管理系统，管理规则如下：当ab之间有车辆在行驶时同方向的车可以同时驶入ab段，但另一方向的车必须在ab段外等待；当ab之间无车辆在行驶时，到达a点(或b点)的车辆可以进入ab段，但不能从a点和b点同时驶入，当某方向在ab段行驶的车辆驶出了ab段且暂无车辆进入ab段时，应让另一方向等待的车辆进入ab段行驶。请用信号量为工具，对ab段实现正确管理以保证行驶安全。解析：读者写着问题的变形。我们设置3个信号量S1、S2和Sab，分别用于从a点进入的车互斥访问共享变量ab（用于记录当前ab段上由a点进入的车辆的数量），从b点进入的车互斥访问共享变量ba（用于记录当前ab段上由b点进入的车辆的数量）和a、b点的车辆互斥进入ab段。3个信号量的初值分别为1、1和1，两个共享变量ab和ba的初值分别为0、0。Semaphore S1=1,S2=1,Sab=1; int ab=ba=0;void Pab () while(1) wait(S1); if(ab=0) wait(Sab); ab=ab+1; signal(S1); 车辆从a点驶向b点; wait(S1); ab=ab-1; if(ab=0) signal(Sab); signal(S1); void Pba () while(1) wait(S2); if(ba=0) wait(Sab); ba=ba+1; signal(S2); 车辆从b点驶向a点; wait(S2); ba=ba-1; if(ba=0) signal(Sab); signal(S2); main()cobegin Pab (); Pba (); 【例6】桌子上有一只盘子，每次只能放一只水果。爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放橘子，一个儿子专等吃盘子中的橘子，一个女儿专等吃盘子中的苹果。用PV操作实现他们之间的同步机制。（复旦大学1997年/南京理工大学2004年研究生考题）解析：由于爸爸和妈妈可以同时向盘子放水果，所以盘子是临界资源，应设置一个互斥信号量empty来实现放水果的互斥，其初值为1。此外爸爸和女儿、妈妈和儿子之间存在同步关系，即分别设置信号量apple和orange来分别实现这种同步关系，其初值均为0。Semaphore empty=1, apple=orange=0;void father（） while(1) wait(empty); 放苹果； signal(apple); void mother() while(1) wait(empty); 放橘子； signal(orange); void daughter() while(1) wait(applel); 取苹果； signal(empty); void son() while(1) wait(orange); 取橘子； signal(empty); main() cobegin father(); mother(); daughter(); son(); 【例7】一个供应商用汽车给某超市送货，并把汽车上的货物用超市的三轮车运到仓库中。超市的工作人员也用三轮车从仓库中取货去出售。假设共有3辆三轮车，仓库中只能容纳10辆三轮车的货物，且每次从汽车上取货只能供给一辆三轮车，仓库也只能容纳一辆三轮车进入。考虑相关信号量的定义及初值，并写出用P、V操作实现向仓库中送货及从仓库中取货的同步算法。（西安交通大学2005年考研试题）解析：题目的限制条件暗示着临界资源的存在。如本题中，仓库只能容纳一辆车进入，且最多容纳10辆车的货物，则仓库显然是需要互斥使用的缓冲区资源。共有三辆小车，则三轮车也是受限资源；汽车一次取货只能供给一辆小车，则汽车也是互斥资源。为所有的互斥资源设置信号量如下：S=3(控制三轮车数量)mutex1=1（控制互斥访问汽车） mutex2=1（控制互斥访问仓库） empty=10（仓库容量） full=0（仓库现有库存量，供给超市）从汽车到仓库进程：P(empty);P(S);P(mutex1);从汽车上取货；V(mutex1);去仓库；P(mutex2);入仓库装货；V(mutex2);V(S);V(full);从仓库到超市进程：P(full);P(S);P(mutex2);从仓库取货；V(mutex2);V(empty);去超市；V(S);【例8】三个进程P1、P2、P3互斥使用一个包含N（N0）个单元的缓冲区。P1每次用produce（）生成一个正整数并用put（）送入缓冲区某一空单元中；P2每次用getodd（）从该缓冲区中取出一个奇数并用countodd（）统计奇数个数；P3每次用geteven（）从该缓冲区中取出一个偶数并用counteven（）统计偶数个数。请用信号量机制实现这三个进程的同步与互斥活动，并说明所定义的信号量的含义。要求用伪代码描述。（2009年考研题）semahpore empty=N,even=0,odd=0,mutex=1;P1:while(1)x=produce();wait(empty);wait(mutex);put(x);if x%2=0signal(even);elsesignal(odd);signal(mutex); P2:while(1)wait(odd);wait(mutex);getodd();countodd();signal(mutex);signal(empty);P2:while(1)wait(even);wait(mutex);geteven();counteven();signal(mutex);signal(empty);2.2 练习题及答案一、 选择题1进程的组成部分中（）是进程存在的惟一标志。A、PCB B、数据集合 C、共享程序 D、非共享程序 2.进程从运行状态到阻塞状态可能是由于( )。A、现运行进程执行了P操作 B、现运行进程时间片用完C、现运行进程执行了V操作 D、进程调度程序的调度3在进程管理中，当（）时，进程从阻塞状态变为就绪状态。A、进程被进程调度程序选中B、等待某一事件C、等待的事件发生D、时间片用完4下列选项中，导致创进新进程的操作是（）。I用户成功登陆 II设备分配 III启动程序执行A：仅I和II B：仅II和IIIC：仅I和III D：I，II，III5引入多道程序设计技术的目的在于()。A、充分利用CPU，增加单位时间内的算题量B、充分利用存储器C、有利于代码共享，减少主、辅存信息交换量D、提高每一个算题的速度6分配给进程占用处理器的时间到而强迫进程让出处理器，或有更高优先数的进程要运行，迫使正在运行的进程让出处理器，则进程状态变化的情况为()。A、运行态-就绪态 B、运行态-等待态C、就绪态-运行态 D、等待态-就绪态7设与某资源相关联的信号量初值为3，当前值为1，若M表示该资源的可用个数，N表示等待资源的进程数，则M,N分别是（）。A：0，1 B：1，0 C：1，2 D：2，08在一般情况下，下列进程变化状态中，（）和（）是不可能发生的。A、运行-就绪B、等待-运行C、等待-就绪D、运行-等待E、就绪-等待9系统可把等待资源的进程组织成等待队列，这样的等待队列有（）。A、0个 B、1个 C、2个 D、1个或多个10一次中断后可能引起若干个进程状态的变化，因此中断处理后，由（）来决定哪个进程可占用处理器。A、进程调度 B、页面调度C、移臂调度 D、作业调度11若信号量S初值为3，当前值为2，则表示有（）等待进程。（西北工业大学2001考题）A、2个B、3个C、4个D、5个12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、作业D、进程13在单一处理机上执行程序，多道程序的执行是在（ ）进行的。A.同一时刻 B. 同一时间间隔内 C.某一固定时刻 D. 某一固定时间间隔内14进程和程序的本质区别是（ ）。A.存储在内存和外存 B.顺序和非顺序执行机器指令 C.分时使用和独占使用计算机资源 D.动态和静态特征15一个进程被唤醒意味着（ ）。 A.该进程重新占有了CPU B.进程状态变为就绪 C.它的优先权变为最大 D.其PCB移至就绪队列的队首16在操作系统中同时存在多个进程，它们（ ）。 A. 不能共享系统资源 B. 不能调用同一段程序代码 C. 可以共享允许共享的系统资源 D. 可以共享所有的系统资源17两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信息，或者建立某个条件后再向前执行，这种关系是进程间的（ ）关系。A.同步 B. 互斥 C.竞争 D. 合作18在一段时间内，只允许一个进程访问的资源称为（ ）。A. 共享资源 B. 临界区 C. 临界资源 D. 共享区二、填空题1进程的基本特征有 、 、独立性、异步性和结构特征。2把一个程序在某个数据集合上的一次执行称为一个 。3进程主要由 、 、 三部分内容组成，其中 是进程存在的惟一标志。4临界资源的概念是 ，而临界区是指 。5进程控制块包含 、 、 、 四类信息。6目前常用的PCB的组织形式有 和 两种。7有m个进程共享同一临界资源，若使用信号量机制实现对临界资源的互斥访问，则信号量值的变化范围是 。8在一个单处理机系统中，若有5个用户进程，且假设当前时刻为用户态，则处于就绪状态的用户进程最多有 个，最少有 个。9信号量的物理意义是当前信号量的值大于零时表示 ；当信号量值小于零时，其绝对值表示 。10线程是进程中可 的子任务，一个进程中可以有 线程，每个线程都有一个 的标识符。11一个管程由三部分构成，分别是 、 和 。12进程间的高级通信机制可归结为3大类，分别是 、 和 。三、判断题1当一个进程从等待态变成就绪态，则一定有一个进程从就绪态变成运行态。（北京航空航天大学2002年考题）2我们说程序的并发执行将导致最终结果失去封闭性。这句话对所有的程序都成立。3对临界资源应采取互斥访问的方式来实现共享。（北京理工大学2002年考题）4并发性是指若干事件在不同时刻发生。（北京理工大学2002年考题）四、问答题1在操作系统中为什么要引入进程概念？它与程序的差别和关系是怎样的？2PCB的作用是什么？它是怎样描述进程的动态性质的？ 3进程的基本状态有几种？试描绘进程状态转换图。 4PCB表的组织方式主要有那几种？分别予以简要说明。 5什么是进程的互斥与同步？ 6什么是临界区和临界资源？一进程进入临界区的调度原则是什么？ 7简述信号量的定义和作用。P、V操作原语是如何定义的？参考答案一、选择题1.A 2.A 3.C 4.C 5.A 6.A 7.B 8.BE 9.D 10.A 11.A 12.D 13B 14D 15.B 16.C 17.A 18.C 二、填空题1 动态性 并发性2进程3程序段 数据段 进程控制块（PCB） 进程控制块（PCB）4多个进程必须互斥访问的资源 进程中访问临界资源的那部分代码5进程标识符信息 处理机状态信息 进程控制信息 进程调度信息6链接形式 索引形式71 至(m-1)84 09可用资源的数目 因请求该资源而被阻塞的进程数目10独立执行 一个或多个 惟一11局部于管程的共享变量说明 对该数据结构进行操作的一组过程 对局部于管程的数据设置初始值的语句12共享存储器系统 消息传递系统 管道通信三、判断题1错2错3正确4错分析：并发性是指若干个事件的动作在时间上可以重叠，即系统中若干事件已经开始，但又没有运行结束。四、问答题（略）