操作系统复习

作业题

操作系统 孟庆昌（第3版）的课后习题

第一章 操作系统引论

8. 解释以下术语：硬件、软件、多道程序设计、并行、并发、吞吐量、分时、实时、系统调用。

硬件：指计算机物理装置本身，它是计算机系统的物理基础。主要硬件有：CPU、内存、磁盘、外部设备等。

软件：相对于硬件而言的，它是与数据处理系统有关的程序、过程、规则、及相关资料文档的总称。简单来说，软件就是计算机运行的程序。

多道程序设计： 在这种设计技术下，内存能同时存放多道程序，在管理程序的控制下交题地执行，这些程序共享CPU和系统中的其他资源。

并发：两个程序在同一时间间隔中执行，这是宏观上的概念。

并行：两个或两个以上时间在同一时刻发生就称作并行。
分时：分时是指若干程序对CPU时间的共享。
实时：表示“及时”或“即时”
系统调用：是用户程序能够以函数形式调用的，操作系统提供的子功能的集合。

11. 叙述操作系统在资源管理方面的各种功能

1. 记录资源状态,监视各种资源，随时记录它们的状态。
2. 实施分配策略,实施某种策略以决定谁能获得资源，何时获得，获得多少。
3. 分配资源
4. 回收资源

12. 什么是处理机的核心态和用户态？为什么要设置这两种状态？
当执行操作系统程序时，处理机处于核心态，它具有较高的优先级，可以执行一般用户程序不能执行的特权指令，从而能对寄存器和内存进行访问，启动I/O操作等。

当执行用户程序时，处理机处于用户态，它只能执行指令集中非特权指令的部分。

设置这两种状态是为了保护操作系统程序，防止它受到用户程序的损害。

19. 简述操作系统初起的主要过程

1. 硬件检测
2. 加载引导程序
3. 初始化内核
4. 用户登录

第二章 进程和线程

1. 操作系统中为什么要引入进程概念？它与程序的差别和关系是怎样的？
因为用程序这个静态概念不能如实反映程序并发执行过程中的这些特征。为此，人们引入“进程”这一概念来描述程序动态执行过程的性质。
3. 进程的基本状态有哪几种？试图描绘进程状态转换图
5种：就绪状态、运行状态、阻塞状态、新建状态、终止状态。

image.png

6. 什么是进程的互斥和同步？
逻辑上相互无关的两个或者多个进程由于争用同一资源而发生的相互制约的关系称作互斥。
逻辑上相关的两个或多个进程为完成一项任务，通过协调活动来使用同一资源，而产生的执行时序的约束关系称作同步。

8. 是否所有的共享资源都是临界资源？进入临界区的调度原则是什么？
不是所有共享资源都是临界资源，临界资源是一次只能允许一个进程使用的资源，而计算机中有很多资源是可以同时使用的，比如硬盘、正文段等。

原则：

1. 单个入区，一次只能一个进程进入临界区。
2. 独自占用，如果一个进程已经进入了临界区，那其他试图进入的进程必须等待。
3. 尽快退出。完成了相关资源的访问之后要尽快退出。
4. “落败让权”，一旦不能进入临界区，就要让出CPU，避免进程出现“忙等”现象。

12. 设有一台计算机，有两条I/O通道，分别接一张卡片输入机和一台打印机。卡片机把一叠卡片逐一输入到缓冲区B1中，加工处理后再搬到B2中，并在打印机上打印结果。问：

1. 系统要设几个进程来完成这个任务？各自的工作是什么？
   3个进程。进程read负责读卡片信息，将其输入到缓冲区B1中，进程deal负责把缓冲区B1的内容加工处理送到B2，进程print负责把缓冲区B2的数据在打印机上打印出来。
2. 这些进程之间有什么样的相互制约关系？
   read进程受deal进程影响，B1放满后read要等待，等到deal将B1中的信息全部取走，才继续读入信息。
   deal进程受print进程影响，B2放满后deal要等待，等到deal将B2中的信息全部取走，才继续加工处理搬运信息到B2。
   print进程受deal进程影响，
3. 用P,V操作写出这些进程的同步算法。
   先假设信号量的含义和初值：
   B1empty表示缓冲区B1是空的，初值为1，表示空。
   B1full表示缓冲区B1是满的，初值为0，因为一开始是空的。
   B2empty表示缓冲区B2是空的，初值为1，表示空。
   B2full表示缓冲区B2是满的，初值为0。
   read进程：

P(B1empty) // B1空的时候才往下执行
读卡片信息，将其输入到B1缓冲区
V(B1full) // 写完了标记B1满

deal进程：

P(B1full) // B1满的时候再往下执行
从B1读取信息
V(B1empty) // 把B1标记为空
P(B2empty) // 当B2空时
加工信息，并且送到B2
V(B2full)  //把B2标记为满

print进程：

P(B2full)
从B2取出信息并打印
V(B2empty)

image.png

18. 在一个订票系统中，有查询信息的用户（读者），和订票的用户（写着），要求有一个写者写的时候，其他人无论读者还是写者都不能访问。但是写者不能因为源源不断有人来读就一直等
读者进程：

while(TRUE){
    P(S)  //看一下当前有没有写者封锁进程
    P(Src) //有没有人用rc变量
    rc = rc + 1 // 增加一个读者
    if (rc == 1) P(Sw) // 只要一个人在读，就不给写
    V(Src) // 释放rc
    V(S) // 执行了这个之后，如果执行写者进程的话就会执行P(S)，然后在这之后的读者进程就会卡在第一行。
    读取数据库信息
    P(Src) 
    rc = rc - 1
    if (rc == 0) V(Sw) // 没人读的时候就给写
    V(Src)
}

写者进程

while(TRUE){
    P(S) //封锁不给读者和其他写者进程执行第一行
    P(sw) // 看一下当前给不给写
    更新数据库内容
    V(Sw) //释放
}

第三章 死锁

3. 死锁的条件

1. 互斥条件：一个资源只能由一个进程占有。
2. 占有且等待条件：进程至少已经占用了一个资源，但又申请新的资源。
3. 不可抢占条件：这个资源在被用完之前，其他进程不能抢夺资源。
4. 循环等待条件：简单说就是，在一个序列{p1, p2, p3, ... pn},p1等待p2占用的资源，p2等待p3，...pn等待p1。

7. 什么是进程的安全序列？何谓系统是安全的？
对于当前分配状态来说，系统至少能够按照某种次序为每个进程分配资源（直至最大需求），并且使他们依次成功地运行完毕，这种序列就是安全序列。
如果存在一个安全序列，则系统的状态就是安全的。
8. 死锁预防的有效方法是什么？死锁避免的著名算法是什么？
有效方法：资源有序分配策略—— 分类编号，按序分配。
死锁避免的著名算法是银行家算法。
11. 死锁、“饥饿”、和活锁之间的主要差别是什么？

1. 处于死锁状态的进程都占有一定资源，而处于“饥饿”状态的进程永远都得不到所申请的资源。
2. 死锁是一种僵局，在没有外界干预的情况下处于死锁状态的进程都不能继续运行，可能会造成整个系统瘫痪。出现饥饿现象时系统可以继续运行，只是有某些资源永远也得不到它申请的资源。
3. 造成死锁的根本原因是资源有限且分配不当，而饥饿状态的出现则是因为分配策略不合适，采用先到先服务的分配策略就能避免饥饿。
4. 发生死锁时，一定至少有一个资源无限期得不到释放。而饥饿时，每个资源的占有者会在有限的时间内释放它所占用的资源。
5. 活锁是指一个或者多个进程轮询某个不可能为真的条件是否为真，处于一种一直重复，尝试，失败的状态。

第四章 调度

1. 处理机调度的主要目的是什么？
分配处理机（我觉得答案好sb
6. 作业调度和进程调度的区别是什么？二者如何协调工作？
作业调度是宏观调度，被它选中的作业只是具有获得处理机的资格，但尚未占用处理机。而进程调度是围观调度，动态地把处理机分配给所选择的进程。

作业调度从外存的后备队列选择一批作业调入内存，为他们创建进程，这些进程就被加入了就绪队列。进程调度从就绪队列中挑出一个来，给它分配CPU，把它的状态改为运行态。当运行进程要等待某一时间发生时，就让出CPU，进入相应的阻塞队列，并进行进程调度。运行进程结束后，由作业调度进行善后处理工作。