习题5答案.docx

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1、习题5答案习题5答案 习题5 5.1 何谓与时间有关的错误?举例说明之。 答：并发进程的执行实际上是进程活动的某种交叉，某些交叉次序可能得到错误结果。由于具体交叉的形成与进程的推进速度有关，而速度是时间的函数，因而将这种错误称为与时间有关的错误。例子略。 5.2 什么是临界资源？什么是临界区？ 答：一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源；在每个进程中，访问临界资源的那段程序称为临界区。 5.3 试分析临界区的大小与系统并发性之间的关系。 答：关于同一组变量的临界区是不能并发执行的代码，临界区越大，并发性越差，因而编写并发程序应尽量缩小临界区域范围。 5.4 为何开关中断进程互斥方法仅在单CP

2、U系统中是有效的？ 答：关中断方法不适用于多CPU系统，因为关中断只能保证CPU不由一个进程切换到另外一个进程，从而防止多个进程并发地进入公共临界区域。但即使关中断后，不同进程仍可以在不同CPU上并行执行关于同一组共享变量的临界区代码. 5.5 进程的互斥和同步有什么异同点？ 答：进程的同步和互斥是指进程在推进时的相互制约关系。 进程同步源于进程合作，是进程间共同完成一项任务是直接发生相互作用的关系。是进程之间的直接制约关系。进程互斥源于对临界资源的竞争，是进程之间的间接制约关系。 5.6 试说明进程互斥、同步和通信三者之间的关系。 答：进程的同步和互斥是指进程在推进时的相互制约关系，已经在上

3、题中给出了详细的解答。 由于进程间存在制约关系，为了保证进程的正确运行以及相互合作进程间的信息交换，就需要进程之间进行通信。进程通信是指进程间的信息交换，分为高级通信和低级通信，高级通信以较高的效率传送大批数据。进程之间的互斥与同步也是一种通信，由于交换的信息量很小，因此这种进程通信称为低级进程通信。 5.7 同步机构应遵循哪些基本准则? 答：a.空闲让进. b.忙则等待. c.有限等待. d.让权等待. 5.8 试从物理概念上说明信号量P、V操作的含义。 答：P(S)表示申请一个资源，S.value0表示有资源可用,其值为资源的数目；S.value=0表示无资源可用；S.value0, 则|

4、S.value|表示S等待队列中的进程个数。V(S)表示释放一个资源，信号量的初值应该大于等于0。 5.9 由V操作唤醒的进程是否一定能够直接进入运行状态?举例说明之。 答：否。一般来说，唤醒是将进程状态由等待状态变成就绪状态，而就绪进程何时获得处理机则是由系统的处理机调度策略确定的。如果采用抢占式优先级调度算法，并且被唤醒的进程是当前系统中优先级最高的进程，那么该进程将被调度执行，其状态变成运行态。如果该进程不是系统中优先级最高的进程或系统采用其它调度算法，那么该进程不会被调度执行，其状态将维持在就绪态。 5.10 我们为某临界区设置一把锁W，当W=1时，表示关锁;W=0时，表示锁打开。试写

5、出开锁原语和关锁原语，并利用它们去实现互斥。 答：开锁原语: void unlock(W) W=0; 关锁原语: void lock(W) while (W=1) ; W=1; 利用开关锁原语实现互斥: semaphore W=0; main ( ) cobegin Pn ( ) /*并发的进程P1、P2、Pn */ lock(W); 临界区; unlock(W); 其余部分; coend 5.11 试写出相应的程序来描述图5.8所示的前趋图。 S1 S2 S2 S1 S3 S3 S5 S4 S6 S4 S5 S6 S7 S7 图5.8前趋图 S8 答：(a)设6个同步信号量f1、f2、f3、

6、f4、f5、f6分别表示进程S1、S2、S3、S4、S5、S6是否执行完成，其初值均为0。这7个进程的同步描述如下： 主程序如下: semaphore fl=f2=f3=f4=f5=f6=0； main ( ) cobegin S1; S2; S3; S4; S5; S6; S7; coend 各个进程的语句形式如下: void S1 V(f1); V(f1); void S4 P(f2); V(f4); void S2 P(f1); V(f2); V(f2); void S5 P(f2); V(f5); void S3 P(f1); V(f3); void S6 P(f3); V(f6);

7、void S7 P(f4); P(f5); P(f6); (b)另一种做法： 设7个同步信号量f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8分别表示进程S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8是否可以开始执行，其初值均为0。 semaphore f2=f3=f4=f5=f6=f7=f8=0； 主程序:略 这8个进程的语句形式如下: void S1 V(f2); V(f3); void S5 P(f5); V(f8); void S2 P(f2); V(f4); V(f5); void S6 P(f6); V(f8); void S3 P(f3); V(f6); V(f7); void S7 P(f7

8、); V(f8); void S4 P(f4); V(f8); void S8 P(f8); P(f8); P(f8); P(f8); 5.12 在生产者一消费者问题中，如果缺少了V，对执行结果会有何影响? 答：生产者可以不断地往缓冲池送消息，如果缓冲池满，会覆盖原有数据，造成数据混乱。而消费者始终因P(full)操作将消费进程直接送入进程链表进行等待，无法访问缓冲池，造成无限等待。 5.13 在生产者一消费者问题中，如果将两个P操作即P和P(mutex)互换位置;或者是将V和V(mutex)互换位置，结果会如何？ 答：a.容易造成死锁。 b从逻辑上来说应该是一样的。 5.14 画图说明管程由

9、哪几部分组成?为什么要引入条件变量? 答：图略。因为调用wait原语后，使进程等待的原因有多种，为了区别它们，引入了条件变量。 5.15 设S1和S2为两个信号灯变量，下列八组P、V操作哪些可以同时进行?哪些不能同时进行?为什么? (1) P(S1)，P(S2) (2) P(S1)，V(S2) (3) V(S1)，P(S2) (4) V(S1)，V(S2) (5) P(S1)，P(S1) (6) P(S2)，V(S2) (7) V(S1)，P(S1) (8) V(S2)，V(S2) 答：能同时进行的包括：(1)、(2)、(3)、(4)。这些操作涉及不同信号量，属于关于不同组共享变量的临界区。不

10、能同时进行的包括：(5)、(6)、(7)、(8)。这些操作涉及相同的信号量，属于关于同一组共享变量的临界区。 5.16 对于生产者消费者问题，假设缓冲区是无界的，试用信号灯与PV操作给出解法。 答：由于是无界缓冲区，所以生产者不会因得不到缓冲区而被阻塞，不需要对空缓冲区进行管理，可以去掉在有界缓冲区中用来管理空缓冲区的信号量及其PV操作。 Semaphore mutex_in=1; Semaphore mutex_out=1; Semaphore empty=0; int in=0, out=0; 生产者活动： 消费者活动： while(1) while(1) produce next pro

11、duct; P(empty); P(mutex_in); P(mutex_out); Add the product to bufferin; Take the product from bufferout; in+; out+; V(mutex_in); V(mutex_out); V(empty); 5.17 试用信号灯与PV操作实现司机与售票员之间的同步问题。设公共汽车上有一个司机和一个售票员，其活动如下图所示. 司机的活动P1： While 启动车辆； 正常行车； 到站停车； 售票员的活动P2： While 关车门； 售票； 开车门； 为了安全起见，显然要求:(1)关车门后方能启动车辆

12、；(2)到站停车后方能开车门。 答：定义两个信号量，一个信号量start表示是否允许司机启动车辆，另一个信号量open表示是否允许售票员开车门。初始状态是车停在始发站，车门开着，等待乘客上车。因此，两个信号量的初值都是0。 semaphore start=0; semaphore open=0; 司机的活动P1: 售票员的活动P2: while(1) while(1) P(start); 关车门; 启动车辆; V(start); 正常行车; 售票; 到站停车; P(open); V(open); 开车门; 5.18 考虑一个理发店，只有一个理发师，只有N张可供顾客等待理发的椅子，如果没有顾客，

13、则理发师睡觉；如果有一顾客进入理发店发现理发师在睡觉，则把他叫醒，试用信号量设计一个协调理发师和顾客的程序。 答：题目中要求描述理发师和顾客的行为，因此需要两类进程Barber 和Customer分别描述理发师和顾客的行为。当理发师睡觉时顾客进来需要唤醒理发师为其理发，当有顾客时理发师为其理发，没有的时候理发师睡觉，因此理发师和顾客之间是同步的关系，由于每次理发师只能为一个人理发，且可供等侯的椅子有限只有n个，即理发师和椅子是临界资源，所以顾客之间是互斥的关系。 引入3个信号量和一个控制变量： 1)控制变量waiting记录等候理发的顾客数，初值均为0; 2)信号量customers记录等候理

14、发的顾客数，并用作阻塞理发师进程，初值为0; 3)信号量barbers记录正在等候顾客的理发师数，并用作阻塞顾客进程，初值为0; 4)信号量mutex用于互斥，初值为1. PV操作代码如下: int waiting=0； /等候理发的顾客数 int chairs=n； /为顾客准备的椅子数 semaphore customers=0, barbers=0,mutex=1; barber while(TRUE); /理完一人,还有顾客吗? P(cutomers); /若无顾客,理发师睡眠 P(mutex); /进程互斥 waiting = waiting-1; /等候顾客数少一个 V(barbe

15、rs); /理发师去为一个顾客理发 V(mutex); /开放临界区 cut-hair( ); /正在理发 customer P(mutex); /进程互斥 if (waitingchairs) waiting= waiting+1; / 等候顾客数加1 V(customers); /必要的话唤醒理发师 V(mutex); /开放临界区 P(barbers); /无理发师, 顾客坐着养神 get-haircut( ); /一个顾客坐下理发/ else V(mutex); /人满了,走吧! 5.19 进程之间有哪些基本的通信方式？它们分别有什么特点？适用于哪些场合？ 答：进程通信根据交换信息量的

16、多少分为高级通信和低级通信。低级通信一般只传送一个或几个字节的信息，以达到控制进程执行速度的作用；高级通信则要传送大量数据，目的不是为了控制进程的执行速度，而是为了交换信息。 高级进程通信方式有很多种，大致可归并为三类：共享存储器、管道文件和消息传递。 共享存储器：在内存种分配一片空间作为共享存储区。需要进行通信的进程把它附加到自己的地址空间中，不需要时则把它取消。 管道文件：它是连接两个命令的一个打开文件。一个命令向该文件中写入数据，为写者；另一个命令从该文件中读出数据，为读者。 消息传递：它以消息为单位在进程间进行数据交换。 5.20 试比较进程间的低级通信工具与高级通信工具。 答：用户用

17、低级通信工具实现进程通信很不方便，因为其效率低，通信对用户不透明，所有的操作都必须由程序员来实现。而高级通信工具则可弥补这些缺陷，用户可直接利用操作系统所提供的一组通信命令，高效地传送大量的数据。 5.21 试用信箱通信方式解决生产者消费者问题。 答：在本题解决方案中，使用了两个信箱mayproduce和mayconsume，两个信箱的大小均为N，即其中最多可以存放N条消息。当生产者生产了数据时，它将数据作为消息发送到信箱mayconsume，只要该信箱中有一条消息，消费者就可以开始消费。信箱mayproduce最初填满了空消息，空消息的条数等于信箱的容量与mayconsume信箱中消息条数之

18、差(其作用类似于用信号量机制解决生产者一消费者问题中的empty)。当生产者向消费者发送一条消息时，mayproduce信箱中的消息条数减少，mayconsume信箱中的消息条数增加；当消费者接收一条消息时，mayconsume信箱中的消息条数减少，而mayproduce信箱中的消息条数增加。系统中的消息总条数保持不变。 const int capacity=N; /*N为信箱容量*/ null=.; /*这里“.”为空消息*/ int i; main( ) /*主程序*/ create_mailbox(mayproduce); /*创建信箱 mayproduce*/ create_mailb

19、ox(mayconsume); for(i=1; i=capacity; i+) send(mayproduce, null); cobegin producer( ); consumer; coend producer( ) /*生产者进程*/ message pmsg; /* message 为消息类型*/ while (true) receive(mayproduce, pmsg); /*等待空消息*/ pmsg=produce; /*生产一条消息*/ send(mayconsume, pmsg); consumer( ) /*消费者进程*/ message cmsg; while (t

20、rue) receive(mayconsume, cmsg); consume(cmsg); /*取出一条消息供消费*/ send(mayproduce, null); 5.22 在消息传递通信方式下： (1)发送进程和接收进程在通信过程中可以采用哪3种同步方式? (2)试以下面给出的发送进程和接收进程(将接收到的数据存入S)为例，说明当接收进程执行到标号为L2的语句时，采用这3种同步方式，X的值可能各是多少? 发送进程P： M=10； L1：sendMTOQ； L2：M=20； GotoLl； 接收进程Q： S=-100； L1：receiveSfromP； L2：X=S+1； 答： 发送进

21、程阻塞，接收进程阻塞。 发送进程不阻塞，接收进程阻塞。 发送进程不阻塞，接收进程也不阻塞。 (2)在第1种同步方式下，无论进程P还是Q都必须等到对方执行完标号为L1的语句后才可往下执行，S的值一定为M的初值10，所以X只能为11。 在第2种同步方式下，如果进程P先执行到标号为L1的语句，由于无需阻塞，仍可往下执行，而进程Q在执行到标号为L1的语句时，可能进程P尚未来得及向Q发出第2条消息，也可能进程P已经向Q发出了多条消息。在前一种情况下，S的值为10；在后一种情况下，S的值为20，故X的值可能为11或21。 在第3种同步方式下，如果进程P先执行到标号为L1的语句，由于无需阻塞，仍可往下执行，而进程Q在执行到标号为L1的语句时，可能进程P尚未来得及向Q发出第1条消息，也可能进程P已经向Q发出了一条或多条消息。在前一种情况下，S的值为100；在中间一种情况下，S的值为10；在后一种情况下，S的值为20。故X的值可能为-99、11或21。