第三周测验：进程线程模型

1. 多道程序设计技术是操作系统中最早引入的软件技术，引入它的目的是

   • 提高系统的实时响应速度
   • 充分利用内存，有利于数据共享
   • 充分利用CPU，提高CPU利用率
   • 提高文件系统性能，减少内外存之间的信息传输量

2. 下列关于进程控制块PCB的叙述中，哪一个是错误的？

   • 操作系统利用PCB描述进程的基本特征

   • 一个PCB唯一对应一个进程

   • PCB可用于描述进程的运动变化过程

   • PCB通常保存在磁盘上

     PCB进程控制块是进程的静态描述，由PCB、有关程序段和该程序段对其进行操作的数据结构集三部分组成

     PCB一般包括：

     1.程序ID（PID、进程句柄）：它是唯一的，一个进程都必须对应一个PID。PID一般是整形数字

     2.特征信息：一般分系统进程、用户进程、或者内核进程等

     3.进程状态：运行、就绪、阻塞，表示进程现的运行情况

     4.优先级：表示获得CPU控制权的优先级大小

     5.通信信息：进程之间的通信关系的反映，由于操作系统会提供通信信道

     6.现场保护区：保护阻塞的进程用

     7.资源需求、分配控制信息

     8.进程实体信息，指明程序路径和名称，进程数据在物理内存还是在交换分区（分页）中

     9.其他信息：工作单位，工作区，文件信息等

3. 在某一条件下，进程会在状态之间相互转换。下列哪一种进程状态转换不会发生？

   • 等待态→就绪态
   • 就绪态→运行态
   • 就绪态→等待态
   • 运行态→等待态

4. 假设某单处理器计算机系统中有10个进程，则系统中处于等待状态的进程最多有几个？

   • 0
   • 1
   • 9
   • 10

5. 下列关于进程控制操作的叙述中，哪一个是不正确的？

   • 一个进程可以使用创建原语建立一个新的进程
   • 撤销进程就是释放该进程占有的内存资源
   • 阻塞原语使一个进程变为等待状态
   • 唤醒原语使从等待队列中撤出进程

   进程撤销

   释放进程占有的资源只是撤销进程过程的一部分。

   当进程完成任务或在执行的过程中发生异常时，系统将调用进程终止原语来终止该进程。根据被终止进程的标识符从PCB集合中查找到该进程的PCB，从中读出该进程的状态，终止该进程的执行；若干该进程还有子孙进程，应该讲其所有子孙进程终止，防止它们成为不可控进程；然后回收进程所拥有的资源，最后将被终止进程从所在队列中移出，等待其它程序来收集信息

6. 下列哪一项工作不是创建进程时所作的？

   • 给新进程分配一个唯一标识
   • 给新进程分配虚拟地址空间
   • 初始化新进程的进程控制块
   • 将处理器控制权交给新进程

7. 进程控制原语有多种，下列哪一项不是进程控制原语？

   • 改变进程优先级
   • 挂起进程
   • 进程唤醒
   • 进程上下文切换

   创建原语的执行过程：

   1. 为新进程分配一个唯一的进程标识号，并申请一个空白的PCB(PCB是有限的)。若PCB申请失败则创建失败。
   2. 为进程分配资源，为新进程的程序和数据、以及用户栈分配必要的内存空间（在PCB 中体现）。注意：这里如果资源不足（比如内存空间），并不是创建失败，而是处于”等待状态“，或称为“阻塞状态”，等待的是内存这个资源。
   3. 初始化PCB,主要包括初始化标志信息、初始化处理机状态信息和初始化处理机控制信息，以及设置进程的优先级等。
   4. 如果进程就绪队列能够接纳新进程，就将新进程插入到就绪队列，等待被调度运行。

   撤销原语的执行过程：

   1. 根据被终止进程的标识符，检索PCB，从中读出该进程的状态。
   2. 若被终止进程处于执行状态，立即终止该进程的执行，将处理机资源分配给其他进程。
   3. 若该进程还有子进程，则应将其所有子进程终止。
   4. 将该进程所拥有的全部资源，或归还给其父进程或归还给操作系统。
   5. 将该PCB从所在队列（链表）中删除。

   唤醒原语的执行过程：

   1. 在该事件的等待队列中找到相应进程的PCB。
   2. 将其从等待队列中移出，并置其状态为就绪状态。
   3. 把该PCB插入就绪队列中，等待调度程序调度。

   阻塞原语的执行过程是：

   1. 找到将要被阻塞进程的标识号对应的PCB。
   2. 若该进程为运行状态，则保护其现场，将其状态转为阻塞状态，停止运行。
   3. 把该PCB插入到相应事件的等待队列中去。

   进程切换的过程如下：

   1. 保存处理机上下文，包括程序计数器和其他寄存器。
   2. 更新PCB信息。
   3. 把进程的PCB移入相应的队列，如就绪、在某事件阻塞等队列。
   4. 选择另一个进程执行，并更新其PCB。
   5. 更新内存管理的数据结构。
   6. 恢复处理机上下文。

8. 在UNIX操作系统中运行如下C语言程序：

   int main()
   {
    pid_t pid;
    int a=5;
    pid = fork();
       
    if (pid==0)   
        printf ("This is the son process, a=%d ", --a);
    else
        printf ("This is the dad process, a=%d ", ++a);
   }
   

   假设编译链接过程正确且程序正确执行，那么运行结果是

   • This is the son process, a=4

     This is the dad process, a=6

   • This is the son process, a=4

   • This is the dad process, a=6

   • This is the dad process, a=4

     This is the son process, a=6

   fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次，却能够返回两次，它可能有三种不同的返回值：

   1）在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；
   2）在子进程中，fork返回0；
   3）如果出现错误，fork返回一个负值；

   在fork函数执行完毕后，如果创建新进程成功，则出现两个进程，一个是子进程，一个是父进程。在子进程中，fork函数返回0，在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID。我们可以通过fork返回的值来判断当前进程是子进程还是父进程。

9. 进程映像由几部分组成，下列哪一项不属于进程映像？

   • 进程控制块
   • 程序代码
   • 用户栈
   • 就绪队列

   进程映像是进程执行的上下文环境，包括处理机中各通用寄存器的值，进程的内存映像，打开文件的状态和进程占用资源的信息等。它是一个内存级的实体并由：

   进程控制块（PCB）
   进程执行的代码（code）/程序
   进程执行时所用的数据/ 数据集合
   进程执行时使用的工作区组成。

10. 某操作系统在进程中引入了多个执行序列——线程，那么下列叙述中，哪些描述了进程与线程的联系和区别？

    • 进程是资源分配的基本单位
    • 进程是处理器调度的基本单位
    • 线程是资源分配的基本单位
    • 线程是处理器调度的基本单位
    • 线程不能独立于进程而存在

11. 下列各种事件中，一定产生进程状态改变的事件是

    • 运行的进程正常退出
    • 运行的进程因种种原因而阻塞
    • 新进程创建成功
    • 阻塞的进程被唤醒
    • 运行的进程时间片用完

12. 进程运行时，其硬件状态保存在相应寄存器中；当它被切换下CPU时，其硬件状态保存在内核栈中。(❌)

    将CPU硬件状态从一个进程换到另一个进程的过程称为上下文切换

    进程运行时，其硬件状态保存在CPU上的寄存器中，这些寄存器包括：程序计数器、程序状态寄存器、栈指针、通用寄存器、其他控制寄存器的值

    进程不运行时，这些寄存器的值保存在进程控制块PCB中；当操作系统要运行一个新的进程时，将PCB中的相关值送到对应的寄存器中

13. 当某个正在执行的进程需要进行I/O操作时，可以通过调用挂起原语将自己从运行状态变为等待状态。（❌）

    阻塞原语

14. 用户级线程执行时，同一进程不同线程的切换不需要内核支持。（✔️）

15. 在支持线程的操作系统中，同一个进程中的各个线程共享该进程的用户栈。（❌）

    线程共享的环境包括：进程代码段、进程的公有数据(利用这些共享的数据，线程很容易的实现相互之间的通讯)、进程打开的文件描述符、信号的处理器、进程的当前目录和进程用户ID与进程组ID

    堆：是大家共有的空间，分全局堆和局部堆。全局堆就是所有没有分配的空间，局部堆就是用户分配的空间。堆在操作系统对进程初始化的时候分配，运行过程中也可以向系统要额外的堆，但是记得用完了要还给操作系统，要不然就是内存泄漏。

    栈：是个线程独有的，保存其运行状态和局部自动变量的。栈在线程开始的时候初始化，每个线程的栈互相独立，因此，栈是thread safe的。操作系统在切换线程的时候会自动的切换栈，就是切换SS/ESP寄存器。栈空间不需要在高级语言里面显式的分配和释放。