《操作系统》-第二章课后作业

《操作系统》-第二章课后作业

2 试画出下面四条语句的前驱图：
S1:a=x+y;
S2:b=z+1;
S3:c=a-b;
S4:w=c+1;
答：

3 为什么程序并发执行会产生间断性特征？
答：因为程序在并发执行的时候，它们共享系统资源，并且为完成同一项任务相互合作，导致这些并发程序之间形成了相互制约的关系，从而使进程在执行期间出现间断性。比如A程序的执行需要B、C、D程序同时完成的前提条件，当其中人任何一个还未完成时，A程序就无法执行，必须暂停运行，由此可见，相互制约将导致并发程序具有“执行——暂停——执行”这种间断性活动规律。

5 在操作系统中为什么要引入进程概念？它会产生什么样的影响？
答：因为在多道程序环境下，程序的执行属于并发执行，此时它们将失去封闭性，具有间断性，以及运行结果不可再现的特性。所以，通常的程序无法参与到并发执行当中。为了使得程序在多道程序环境下可以并发执行，并且可以对并发执行的程序加以描述和控制，从而在操作系统中引入了进程的概念。
在操作系统中引入进程后，可以使得程序的并发执行得以实行。

10 何谓操作系统内核？内核的主要功能是什么？
答： 操作系统内核是被安排在紧靠硬件的软件层次中、常驻内存的一些与硬件紧密相关的模块、各种常用设备的驱动程序以及运行频率较高的模块。
内核的主要功能：支撑功能和资源管理功能。支撑功能提供OS众多模块所需要的基本功能，以支撑这些模块工作，其中包括中断处理，时钟管理和原语操作；资源管理功能包括进程管理、存储器管理和设备管理。

11 试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。
答： a.就绪状态转为执行状态：进程调度，调度程序为其分配了处理机
b.执行状态转为就绪状态：分配的时间片已被用完而被剥夺处理机暂停执行时
c.执行状态转为阻塞状态：I/O请求等使当前进程无法执行
d.阻塞状态转为就绪状态：I/O完成。

12 为什么要引入挂起状态？该状态有哪些性质？
答： 引入挂起状态的原因：基于系统和用户的需要：内存资源紧张，无就绪进程，处理器空闲，终端用户的需要，父进程的请求，负荷调节的需要，操作系统的需要。
处于挂起状态的进程具有处于静止状态，主动放弃CPU调度，不能被处理机调度的性质。

13在进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有哪些？
答： 在进程切换的时候，所要保存的处理机状态信息有各种寄存器的内容，包括通用寄存器，指令寄存器，程序状态字，用户栈指针。

14 试说明引起进程创建的主要事件？
答： 引起进程创建的主要事件大致有四类：用户登录、作业调度、提供服务和应用请求。
用户登录：在分时系统中，用户在终端登录成功，系统则将建立一个进程并将其插入到就绪队列中；作业调度：在多道批处理系统中，当作业调度程序按一定算法调度某个作业到内存，并创建进程，插入到就绪队列中；提供服务：当运行中的用户程序提出某种请求，系统将专门创建一个进程来完成本次请求；应用请求：由用户进程自己创建新进程，以便使新进程同创建者进程并发运行的方式完成特定任务。

16 在创建一个进程时所要完成的主要工作是什么？
答： (1)申请空白PCB，为新进程申请获得唯一的数字标识符，并从PCB集合中索取一个空白PCB；
(2)为新进程分配其运行所需的资源，包括各种物理和逻辑资源，如内存、文件、I/O设备和CPU时间等；
(3)初始化PCB，包括初始化标识信息、处理机状态信息和处理机信息；
(4)如果进程就绪队列能够接纳新进程，便将其插入就绪队列。

17在撤销一个进程时所要完成的主要工作是什么？
答： (1)根据被终止进程的标识符，从PCB集合中检索出该进程的PCB，从中读出该进程的状态；
(2)如被撤销的进程正处于执行状态，应立即终止该进程的执行，并设置调度标志为真，用于指示该进程被终止后重新进行调度；
(3)如该进程还有子孙进程，还应将其所有子孙进程都终止，防止其成为不可控进程；
(4)将被终止的进程拥有的全部资源或归还给父进程，或归还给系统；
(5)将被终止的进程从所在队列移出，等待其他程序来搜集信息。

19 为什么要在OS中引入线程？
答： 为了提高程序并发执行的程度，减少程序在并发执行时所付出的时空开销，以进一步改善系统的服务质量和使OS具有更好的并发性，因而比进程更小的基本单位——线程概念被提出

20 试说明线程具有哪些属性？
答： 线程具有轻型实体、独立调度和分配的基本单元、可并发执行、共享进程的内存地址空间和资源、系统开销少。

21 试从调度性、并发性、拥有资源性及系统开销方面对进程和线程进行比较。
答： 调度性:进程是一个可独立调度和分配的基本单位，每次调度时，都需要进行上下文切换，开销较大；线程是能独立运行的基本单位，在切换时只需要保存少量寄存器内容，切换代价远低于进程；
并发性:在引入了线程的OS中，进程之间可以并发执行，在一个进程中的多个甚至全部线程之间也可以并发执行，不同进程之间的线程也可以并发执行；
拥有资源性：进程是一个拥有资源的独立单位，线程本身并不拥有系统资源，仅有一点必不可少的、能保证独立运行的资源，同时允许多个进程共享该进程所拥有的资源；
系统开销：在创建和撤销进程时，系统都要为之分配和回收进程控制块、分配或回收其他资源，线程创建和撤销所使用的系统开销远小于进程。

22 线程控制块TCB中包含了哪些资源？
答： 线程控制块TCB中包含了线程标识符，为每个线程赋予一个唯一的线程标识符；一组寄存器，包括PC、状态寄存器、通用寄存器的内容；线程运行运行状态；优先级、线程专有存储区、信号屏蔽和堆栈指针。

23 何谓用户级线程和内核支持线程？
答： 用户级线程：是指对线程的创建、撤销、同步与通信等功能，都无需内核的支持，是在用户控件内实现的，不依赖于操作系统核心，应用进程利用线程库提供创建、同步、调度和管理线程的函数来控制用户线程；
内核支持线程：进程由操作系统的内核支持运行，其创建、阻塞、撤销和切换等，都是在内核空间实现的，内核维护进程及线程的上下文信息以及线程切换，同时，一个内核线程由于I/O操作而阻塞，不会影响其它线程的运行。

24 试说明用户级线程的实现方法。
答：用户级线程是在用户空间中的实现的，所有的用户级线程都运行在一个中间系统上，运行时系统与内核控制线程可以实现中间系统。运行时系统用于管理和控制线程的函数的集合，运行时系统中的线程切换过程来执行切换任务，该过程将线程的CPU状态保存在堆栈中，然后按照一定的算法，选择一个处于就绪状态的新线程，将其对应的CPU状态装入到对应的寄存器中，一旦栈指针和PC切换后，便开始了新进程的运行；内核控制线程或轻型进程LWP可通过系统调用获得内核提供服务，利用LWP进程作为中间系统，当一个用户级线程运行时，只需将其连接到一个LWP上，它便拥有了内核支持线程的所有学术性，用户级线程可通过LWP访问内核。

25 试说明内核支持线程的实现方法。
答：系统在创建一个新进程时，为其分配一个任务数据区PTDA，其中包括若干个线程控制块TCB空间。每当进程要创建一个线程分配一个TCB，将有关信息填入该TCB，并为之分配必要的资源。当PTDA中所有的TCB空间用完，而进程又要创建新线程时，只要所创建的线程数目未超过系统允许值，系统可再为之分配新的TCB；在撤销一个线程时，也应回收该 线程的所有资源和TCB。