計算機操作系統(tǒng)習習題及答案(4)

1、第4章 進程同步與通信1）選擇題（1）在操作系統(tǒng)中，P、V操作是一種_D_。A. 機器指令 B. 系統(tǒng)調用命令C. 作業(yè)控制命令 D. 低級進程通信原語（2）若信號量S的初值為2，當前值為-1，則表示有_B_等待進程。A. 0個 B. l個C. 2個 D. 3個（3）在直接通信方式中，系統(tǒng)提供兩條通信原語進行發(fā)送和接收，其中Send原語中參數(shù)應是_C_。A. sender，message B. sender，mailboxC. receiver，message D. receiver，mailbox（4）下述那個選項不是管程的組成部分_A_。A. 管程外過程調用管程內數(shù)據(jù)結構的說明B. 管程內

2、對數(shù)據(jù)結構進行操作的一組過程C. 局部于管程的共享數(shù)據(jù)說明D. 對局部于管程的數(shù)據(jù)結構設置初值的語句（5）某通信方式通過共享存儲區(qū)來實現(xiàn)，其屬于_D_。A. 消息通信 B. 低級通信C. 管道通信 D. 高級通信（6）用P、V操作管理臨界區(qū)時，信號量的初值應定義為_C_。A. -1 B. 0C. 1 D. 任意值（7）臨界區(qū)是_B_。A. 一個緩沖區(qū) B. 一段程序C. 一段共享數(shù)據(jù)區(qū) D. 一個互斥資源（8）信箱通信是一種_D_通信方式。A. 直接通信 B. 信號量C. 低級通信 D. 間接通信（9）對于兩個并發(fā)進程，設互斥信號量為mutex，若mutex=0則_A_。A. 表示有一個進程進

3、入臨界區(qū)B. 表示沒有進程進入臨界區(qū)C. 表示有一個進程進入臨界區(qū)，另一個進程等待進入D. 表示有兩個進程進入臨界區(qū)（10）對信號量S執(zhí)行V操作后，下述選項正確的是_C_。A. 當S小于等于0時喚醒一個阻塞進程B. 當S小于0時喚醒一個阻塞進程C. 當S小于等于0時喚醒一個就緒進程D. 當S小于0時喚醒一個就緒進程 （11）在消息緩沖通信中，消息隊列屬于_A_資源。A. 臨界 B. 共享 C. 永久 D. 可剝奪 （12）在消息緩沖通信機制中，使用的臨界資源是_D_。A. 信箱 B. 消息隊列中的某個緩沖區(qū)C. 管道 D. 整個消息隊列2）填空題（1）信號量的物理意義是：當信號量值大于0時表示

4、 可用資源的個數(shù) ；當信號量值小于0時，其絕對值為 等待該信號量的進程數(shù) 。（2）如果信號量的當前值為-4，則表示系統(tǒng)中在該信號量上有 _4_ 個等待進程。（3）對于信號量可以做 P 操作和 V 操作， P 操作用于阻塞進程， V 操作用于釋放進程。程序中的 P 和 V 操作應謹慎使用，以保證其使用的正確性，否則執(zhí)行時可能發(fā)生死鎖。（4）有m個進程共享同一臨界資源，若使用信號量機制實現(xiàn)對臨界資源的互斥訪問，則信號量值的變化范圍是 _-(m-1),1_ 。（5）管程由 局部于管程（資源對象）的共享變量的說明 、 對管程（資源對象）數(shù)據(jù)進行操作的一組過程 和 對局部于管程的數(shù)據(jù)設置初始值的語句 三

5、部分組成。（6）訪問臨界資源的進程應該遵循的條件有： 空閑讓進 、 忙則等待 、 有限等待 和 讓權等待 。（7）每個信箱可以包含 信箱頭 和 信箱體 兩部分。（8）為了實現(xiàn)消息緩沖通信，在PCB中應增加的數(shù)據(jù)項有 消息隊列中消息資源的信號量 、 對消息隊列互斥操作的信號量 和 指向消息隊列的指針 。3）解答題（1）什么是臨界資源什么是臨界區(qū)對臨界資源的訪問有哪些原則 答：一次僅允許一個進程使用的共享資源被稱為臨界資源。 每個進程中訪問臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)。對臨界資源的訪問原則是：空閑讓進，如果有若干進程要求進入空閑的臨界區(qū)，一次僅允許一個進程進入。忙則等待，任何時候，處于臨界區(qū)內的進

6、程不可多于一個。如已有進程進入自己的臨界區(qū)，則其它所有試圖進入臨界區(qū)的進程必須等待。有限等待，進入臨界區(qū)的進程要在有限時間內退出，以便其它進程能及時進入自己的臨界區(qū)。讓權等待，如果進程不能進入自己的臨界區(qū)，則應讓出CPU，避免進程出現(xiàn)“忙等”現(xiàn)象。（2）請給出P、V操作的定義。如何用P、V操作實現(xiàn)進程間的互斥解：P原語操作的動作是：sem減1； 若sem減1后仍大于或等于零，則進程繼續(xù)執(zhí)行； 若sem減1后小于零，則該進程被阻塞后進入與該信號相對應的隊列中，然后轉進程調度。V原語操作的動作是： sem加1； 若相加結果大于零，則進程繼續(xù)執(zhí)行； 若相加結果小于或等于零，則從該信號的等待隊列中喚醒

7、一等待進程，然后再返回原進程繼續(xù)執(zhí)行或轉進程調度。由于用于互斥的信號量sem與所有的并發(fā)進程有關，所以稱之為公有信號量。公有信號量的值反映了公有資源的數(shù)量。只要把臨界區(qū)置于P(sem)和V(sem)之間，即可實現(xiàn)進程間的互斥，sem的初值通常設置成1。使用P、V操作實現(xiàn)進程互斥時應該注意的是：每個程序中用戶實現(xiàn)互斥的P、V操作必須成對出現(xiàn)，先做P操作，進臨界區(qū)，后做V操作，出臨界區(qū)。若有多個分支，要認真檢查其成對性。P、V操作應分別緊靠臨界區(qū)的頭尾部，臨界區(qū)的代碼應盡可能短，不能有死循環(huán)?；コ庑盘柫康某踔狄话銥?。（3）請用P、V操作寫出一個不會出現(xiàn)死鎖的哲學家進餐問題的解解：至多只允許四個哲

8、學家同時進餐，以保證至少有一個哲學家能夠進餐，最終總會釋放出他所使用過的兩支筷子，從而可使更多的哲學家進餐。以下將room 作為信號量，只允許4個哲學家同時進入餐廳就餐，這樣就能保證至少有一個哲學家可以就餐，而申請進入餐廳的哲學家進入room 的等待隊列，根據(jù)FIFO 的原則，總會進入到餐廳就餐，因此不會出現(xiàn)餓死和死鎖的現(xiàn)象。 semaphore chopstick5=1，1，1，1，1; semaphore room=4; void philosopher(int i) while(true) think(); wait(room); /請求進入房間進餐 wait(chopsticki);

9、/請求左手邊的筷子 wait(chopstick(i+1)%5); /請求右手邊的筷子 eat(); signal(chopstick(i+1)%5); /釋放右手邊的筷子 signal(chopsticki); /釋放左手邊的筷子 signal(room); /退出房間釋放信號量room （此題有多種解法。）（4）高級進程通信方式有哪幾類各自如何實現(xiàn)進程間通信答：高級進程通信方式可以分為三大類：共享存儲器系統(tǒng)、消息傳遞系統(tǒng)以及管道通信系統(tǒng)。在共享存儲區(qū)系統(tǒng)中，進程通過共享內存中的存儲區(qū)來實現(xiàn)通信。在消息傳遞系統(tǒng)中，進程間的數(shù)據(jù)交換以消息為單位，程序員直接利用系統(tǒng)提供的一組通信命令（原語）來實

10、現(xiàn)通信。管道是用于連接讀進程和寫進程以實現(xiàn)它們之間通信的共享文件，向管道提供輸入的發(fā)送進程（即寫進程）以字符流形式將大量的數(shù)據(jù)送入管道，而接收管道輸出的接收進程（即讀進程）可以從管道中接收數(shù)據(jù)。（5）設有6個進程P1、P2、P3、P4、P5、P6，它們有如圖所示的并發(fā)關系。試用P、V操作實現(xiàn)這些進程間的同步。 圖 六個合作進程的并發(fā)關系解：semaphore a,b,c,d,e,f=0,0,0,0,0,0; cobegin P1;P2;P3;P4;P5;P6; coend P1() P1; V(a); V(b); P2() P(a); P2; V(c); P3() P(b); P3; V(d)

11、; P4() P(c); P4; V(e); P5() P(d); P5; V(f); P6() P(e); P(f); P6; （6）有一個單向行駛的公路橋，每次只允許一輛汽車通過。當汽車到達橋頭時，若橋上無車，便可上橋；否則需等待，直到橋上的汽車下橋為止。若每一輛汽車為一個進程，請用P、V操作保證汽車按要求過橋。解：本題中使用一個信號量m用于互斥過河，因為每次允許一輛汽車通過，所以m初值為1。semaphore m=1；main() cobegin passi()； coendpassi() P（m）； Pass the river； V（m）；passi表示第i 輛汽車。（7）有3個并發(fā)

12、進程R、M、P，它們共享了一個可循環(huán)使用的緩沖區(qū)B，緩沖區(qū)B共有n個單元。進程R負責從輸入設備讀信息，每讀一個字符后，把它存入到緩沖區(qū)B的一個單元中；進程M負責處理讀入的字符；進程P負責把處理后的字符取出并打印輸出。只有當緩沖區(qū)單元中的字符被進程P取出后，才又可用來存放下一次讀入的字符。請用P、V操作為同步機制寫出它們能正確并發(fā)執(zhí)行的程序。解：semaphore buffer_number=n; semaphore char_number=0;semaphore man_number=0;main() cobegin R;M;P; coend R() while (true)P(buffer_

13、number); read a char to buffer; V(char_number);M() while (true)P(char_number); manipulate a char; V(man_number);P() while (true)P(man_number); print a char; V(buffer_number);（8）在生產者-消費者問題中，如果對調生產者描述中的兩個P操作會發(fā)生什么情況如果對調生產者描述中的兩個V操作的順序又會發(fā)生什么情況答：在生產者-消費者問題中，如果將兩個P操作位置對調，都可能引起死鎖。考慮系統(tǒng)中緩沖區(qū)全滿前時，若一生產者進程先執(zhí)行了P(

14、mutex)操作并獲得成功，當再執(zhí)行P(empty)操作時，它將因失敗而進入阻塞狀態(tài)，它期待消費者執(zhí)行V(empty)來喚醒自己。在此之前，它不可能執(zhí)行V(mutex)操作，從而使企圖通過P(mutex)進入自己的臨界區(qū)的其他生產者和所有的消費者進程全部進入阻塞狀態(tài)，從而引起系統(tǒng)死鎖。類似地，消費者進程若先執(zhí)行P(mutex)，后執(zhí)行P(full)，同樣可能造成死鎖。V(full)和V(mutex)互換位置，或者V(empty)和V(mutcx)互換位置，則不會引起死鎖，其影響只是使臨界資源的釋放略為推遲一些。（9）一個快餐廳有4 類職員：領班：接受顧客點菜；廚師：準備顧客的飯菜；打包工：將做

15、好的飯菜打包；出納員：收款并提交食品。每個職員可被看作一個進程，試用一種同步機制寫出能讓四類職員正確并發(fā)運行的程序。解：semaphore S1=1；/ S1表示是否可以開始點菜semaphore S2=0；/ S2表示是否可以開始做菜semaphore S3=0；/ S3表示是否可以開始打包semaphore S4=0；/ S4表示是否可以提交食品main() cobegin LB（）； CS（）； DBG（）； CNY（）； coendLB() while(true) 顧客到達； P(S1)； 接受顧客點菜； V(S2)； CS() while(true) P(S2)； 準備顧客的飯菜；

16、V(S3)； DBG() while(true) P(S3)； 打包顧客的飯菜； V(S4)； CNY() while(true) P(S4)； 收款并提交食品； V(S1)； （10）設公共汽車上，司機和售票員的活動分別如下：司機的活動：啟動車輛：正常行車；到站停車。售票員的活動：關車門；售票；開車門。在汽車不斷地到站、停車、行駛過程中，這兩個活動有什么同步關系用信號量和P、V 操作實現(xiàn)它們的同步。解：semaphore s1=0; /s1表示是否允許司機啟動汽車，其初值為0semaphore s2=0; /s2表示是否允許售票員開門，其初值為0main( ) cobegin driver(

17、 ); busman( ); coenddriver( ) while (true) P(s1); 啟動車輛; 正常行車; 到站停車; V(s2); busman( ) while(true) 關車門; V(s1); 售票; P(s2); 開車門; 上下乘客; （11）有一只鐵籠子，每次只能放入一只動物，獵手向籠中放入老虎，農民向籠中放入豬，動物園等待取籠中的老虎，飯店等待取籠中的豬，試用P、V操作實現(xiàn)獵手、農民、動物園和飯店的同步。解：semaphore cage=1; /cage表示可用的鐵籠子資源semaphore pig=0; /pig表示可用的豬資源semaphore tiger=0; /tiger表示可用的虎資源main( ) cobegin hun