操作系统 第二章习题

说明：题号前带*的为作业题。
计算机操作系统(第四版) 汤小丹 配套资源：https://blog.csdn.net/COCO56/article/details/101201389

1. 什么是前趋图?为什么要引入前趋图?

答：前趋图(Precedence Graph)是一个有向无循环图，记为DAG(Directed Acyclic Graph)，用于描述进程之间执行的前后关系。

*2. 画出下面四条语句的前趋图：

S1: a=x+y;
S2: b=z+1;
S3: c=a-b;
S4: w=c+1;
答：其前趋图为:

3. 为什么程序并发执行会产生间断性特征?

答：程序在并发执行时，由于它们共享系统资源，为完成同一项任务需要相互合作，致使这些并发执行的进程之间，形成了相互制约关系，从而使得进程在执行期间出现间断性。

*4. 程序并发执行时为什么会失去封闭性和可再现性?

答：程序并发执行时，多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态由多个程序改变，致使程序运行失去了封闭性，也会导致其失去可再现性。

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：为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并对并发执行的程序加以控制和描述，在操作系统中引入了进程概念。

6. 试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序。

答：

1. 动态性是进程最基本的特性，表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，由撤销而消亡。进程有一定的生命期，而程序只是一组有序的指令集合，是静态实体。
2. 并发性是进程的重要特征，同时也是OS的重要特征。引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行，而程序是不能并发执行的。
3. 独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。对于未建立任何进程的程序，不能作为独立单位参加运行。

*7. 试说明PCB的作用，为什么说PCB是进程存在的唯一标志?

答：PCB是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，成为能与其它进程并发执行的进程。OS是根据PCB对并发执行的进程进行控制和管理的。

8. PCB提供了进程管理和进程调度所需要的哪些信息?

进程管理：通用寄存器、指令计数器、程序状态字、用户栈指针
进程调度：进程状态、进程优先级、事件、其他信息

9. 进程控制块的组织方式有哪几种?

线性方式、链接方式、索引方式

10. 何谓操作系统内核?内核的主要功能是什么?

现在操作系统一般将OS划分为若干层次,再将OS的不同功能分别设置在不同的层次中。通常将一些与硬件紧密相关的模块(如中断处理程序等)、各种常用设备的驱动程序以及运行频率较高的模块(如时钟管理、进程调度和许多模块所公用的一些基本操作)，都安排在紧靠硬件的软件层次中，将它们常驻内存，即通常被称为的OS内核。
支撑功能：中断处理、时钟管理、原语操作
资源管理功能：进程管理、存储器管理、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：

1. 就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源
2. 执行状态→就绪状态：时间片用完
3. 执行状态→阻塞状态：I/0请求
4. 阻塞状态→就绪状态：I/0完成

*12. 为什么要引入挂起状态？该状态有哪些性质？

答：引入挂起状态处于五种不同的需要：终端用户需要，父进程需要，操作系统需要，对换需要和负荷调节需要。处于挂起状态的进程不能接收处理机调度。

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:进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有：

1. 进程当前暂存信息
2. 下一指令地址信息
3. 进程状态信息
4. 过程和系统调用参数及调用地址信息。

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有：用户登录、作业调度、提供服务、应用请求。

15. 试说明引起进程被撤销的主要事件。

答：引起进程被撤销的主要事件有:正常结束、异常结束（越界错误、保护错、非法指令、特权指令错、运行超时、等待超时、算术运算错、I/O故障）、外界干预（操作员或操作系统干预、父进程请求、父进程终止）

16. 在创建一个进程时所要完成的主要工作是什么?

答：

1. OS发现请求创建新进程事件后，调用进程创建原语Creat()；
2. 申请空白PCB；
3. 为新进程分配资源；
4. 初始化进程控制块；
5. 将新进程插入就绪队列。

17. 在撤销一个进程时所要完成的主要工作是什么?

答：

1. 根据被终止进程标识符，从PCB集中检索出进程PCB，读出该进程状态。
2. 若被终止进程处于执行状态，立即终止该进程的执行，置调度标志真，指示该进程被终止后重新调度。
3. 若该进程还有子进程，应将所有子孙进程终止，以防它们成为不可控进程。
4. 将被终止进程拥有的全部资源，归还给父进程，或归还给系统。
5. 将被终止进程PCB从所在队列或列表中移出，等待其它程序搜集信息。

18. 试说明引起进程阻塞戒被唤醒的主要事件是什么?

答：a. 请求系统服务；b. 启动某种操作；c. 新数据尚未到达；d. 无新工作可做。

*19. 为什么要在0S中引入线程?

答：在操作系统中引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使0S具有更好的并发性，提高CPU的利用率。进程是分配资源的基本单位，而线程则是系统调度的基本单位。

20. 试说明线程具有哪些属性?

答：(1)轻型实体(2)独立调度和分派的基本单位(3)可并发执行(4)共享进程资源。

21. 试从调度性，并发性，拥有资源及系统开销方面对进程和线程进行比较。

答:

1. 调度性：线程在0S 中作为调度和分派的基本单位，进程只作为资源拥有的基本单位。
2. 并发性：进程可以并发执行，一个进程的多个线程也可并发执行。
3. 拥有资源：进程始终是拥有资源的基本单位，线程只拥有运行时必不可少的资源，本身基本不拥有系统资源，但可以访问隶属进程的资源。
4. 系统开销：操作系统在创建、撤消和切换进程时付出的开销显著大于线程。

22. 线程控制块TCB中包含了哪些内容?

一般TCB中的内容较少，因为有关资源分配等多数信息已经记录于所属进程的PCB中。TCB中的主要信息包括线程标识、线程状态、调度参数、现场、链接指针，其中现场信息主要包括通用寄存器、指令计数器PC以及用户栈指针。对于操作系统支持的线程，TCB中还应包含系统栈指针。

23. 何谓用户级线程和内核支持线程?

答: (1) 用户级线程:仅存在于用户空间中的线程，无须内核支持。这种线程的创建、撤销、线程间的同步与通信等功能，都无需利用系统调用实现。用户级线程的切换通常发生在一个应用进程的诸多线程之间，同样无需内核支持。
(2)内核支持线程:在内核支持下运行的线程。无论是用户进程中的线程，还是系统线程中的线程，其创建、撤销和切换等都是依靠内核，在内核空间中实现的。在内核空间里还为每个内核支持线程设置了线程控制块，内核根据该控制块感知某线程的存在并实施控制。

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实现的，运行在“运行时系统”与“内核控制线程”的中间系统上。运行时系统用于管理和控制线程的函数的集合。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。

25. 试说明内核支持线程的实现方法。

答:系统在创建新进程时，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。创建-一个线程分配-一个TCB，有关信息写入TCB,为之分配必要的资源。当PTDA中的TCB用完，而进程又有新线程时，只要所创建的线程数目未超过系统允许值，系统可在为之分配新的TCB;在撤销一个线程时，也应回收线程的所有资源和TCB。

26. 多线程模型有哪几种类型？多对一模型有何优缺点？

多对一模型、一对一模型和多对多模型。
多对一模型的主要缺点在于，如果一个线程在访问内核时发生阻塞，则整个进程都会被阻塞；此外，在任一时刻，只有一一个线程能够访问内核，多个线程不能同时在多个处理机上运行。