操作系统(软件)第二章作业答案

1、什么是中断？给出系统总体上的中断处理过程。

【解答】：所谓中断是指CPU在正常执行程序的过程中，由于某个外部或内部事件的作用，强迫CPU停止当前正在执行的程序，转去为该事件服务（称为中断服务），待服务结束后，又能自动返回到被中断的程序中继续执行。

CPU每执行完一条指令就去扫描中断寄存器，检查是否有中断发生，若没有中断就继续执行下条指令；若有中断发生就转去执行相应的中断处理程序。

中断处理过程可粗略的分为以下四个过程：
①保护当前正在运行程序的现场；
②分析是何种中断，以便转去执行相应的中断处理程序；
③执行相应的中断处理程序；
④恢复被中断程序的现场。

2、请给出进程与程序它们的区别和联系。

【解答】：1、进程是动态的程序是静态的。

程序是一组有序的指令集合，是一个静态的概念；进程则是程序及其数据在计算机上的一次执行是一个动态的集合。

2、一个进程可以执行多个程序；一个程序可被多个进程执行；3、程序可以长期保存，进程有从被创建到消亡的生命周期。

4、进程具有并发性，而程序具有顺序性；5、进程具有独立性，是资源分配调度的基本单位，而程序无此特性。

3、试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因.
【解答】a. 处于就绪状态的进程，当进程调度程序为之分配了处理机后，该进程便由就绪状态变为执行状态.
b. 当前进程因发生某事件而无法执行，如访问已被占用的临界资源，就会使进程由执行状态转变为阻塞状态.
c. 当前进程因时间片用完而被暂停执行，该进程便由执行状态转变为就绪状态.
4、什么是临界资源和临界区？
【解答】：临界资源是一次仅允许一个进程访问的资源，例如打印机，共享的变量。

进程中访问临界资源的那段代码段称为临界区。

5、进程的互斥和同步有什么异同点？进程同步机制应遵循哪四个基本准则？
【解答】：进程同步机制应遵循如下四个基本准则：空闲让进，以提高临界资源利用率，忙则等待，以保证临界资源互斥使用；让权等待，以提高cpu的利用率；有限等待，以免相关进程陷入“死等”。

6、信号量的物理含义是什么？
【解答】：
5、
6、
7、
8、
9、
10、
7、处于执行状态的进程若同时发生了下列两种情况：
(1)对某信号量执行P操作后，信号量的值变为负数。

(2)该进程的时间片到时产生中断。

试问，该进程将由执行状态变迁为就绪态，还是阻塞态？简述理由。

【解答】：
该进程应转入阻塞状态。

假如不这样，而进程进入就绪态，有可能该进程被调度程序选中投入运行，但是该进程被阻塞的原因未去除，它仍然无法运行，白白浪费时间做进程切换工作。

8、设有n个进程共享一临界区，对于下述情况，说明信号量的初值、含义，并用PV操作写出有关进程的互斥算法：
(1)一次只允许一个进程进入临界区。

(2)一次允许m(m＜n＝个进程进入临界区。

【解答】：
设置信号量S1，初值为1；表示临界资源有一个可供1个进程竞争使用。

每个进程的互斥算法描述如下：
S1取值的范围是1，0，-1，-2，…-(n-1)，即某一时刻最多有一个进程正在临界区，而等待进入临界区的进程可有1个，2个，最多时可达n-1个。

设置信号量S2，初值为m；表示临界资源有m个可供n个进程竞争使用。

每个进程的互斥算法描述如下：
S2取值的范围是m,m-1,…1，0，-1，-2，…-(n-m)，即某一时刻最多有m个进程正在临界区，而等待进入临界区的进程可有1个，2个，最多可达n-m个。

9、假定阅览室最多可同时容纳100个人阅读，读者进入时，必须在阅览室门口的一个登记表上登记，内容包括姓名、座号等，离开时要撤掉登记内容。

用P、V操作描述读者进程的同步算法。

【解答】：
struct semaphore seats, regbook = 100, 1 //seats座位数 regbook登记本
cobegin
void readeri( void ) ( i=1,2.....n)
{ while ( 1 ) {
P( seats ); //申请坐位,若无空位则阻塞
P( regbook); //申请登记本资源
register_reader_information(); //登记读者信息
V( regbook ); //释放登记本资源
reading(); //阅览
P( regbook ); //申请登记本资源
unregister_reader_information(); //注销登录信息
V( regbook ); //释放登记本资源
V( seats ); // 释放空位资源
}
}
coend
10、兄弟俩共用一个账号，他们都可以用该账号到任何一家联网的银行自动存款或取款。

假定银行的服务系统有“存款”和“取款”两个并发进程组成，且规定每次的存款额和取款额总是为100元。

若进程结构如下：
begin
amount：integer；
amount：＝0；
cobegin
Process SAVE
m1： integer;
begin
m1：＝amount;
m1：＝m1＋100；
amount：＝m1
end；
Process TAKE
m2：Integer;
begin
m2：＝amount；
m2：＝m2-100；
amount：＝m2
end；
coend；
end；
请回答下列问题：
（1）你估计该系统工作时会出现怎样的错误？为什么？
（2）若哥哥先存了两次钱，但在第三次存钱时弟弟却正在取钱，则该账号上可能出现的余额为多少？正确的余额应该为多少？
（3）为保证系统的安全，若用PV操作来管理，应怎样定义信号量及其初值？解释信号量的作用。

（4）在程序的适当位置加上P操作和V操作，使其能正确工作。

［分析]：
由于“存款”和“取款”两个并发进程使用了共享变量amount，在进程中没有对共享变量的使用加以限制，因而当两个进程交叉访问共享变量时可能会出现与时间有关的错误。

因amount的初值为“0”，故当哥哥先存了两次钱后，amount的值应该为200（每次存人 100元）。

之后，哥哥和弟弟各自调用SAVE和TAKE进行存款和取款，使两个进程同时执行。

它们并发执行时可能有如下两种情况：
（1）进程在临界区执行没有被打断。

此时若哥哥先执行了 m1:=amount；m1:= m1＋100；amount:=m1；则 amount的值为 300。

然后，由弟弟执行 m2:= amount； m2:=m2-100；amount:= m2；则弟弟从 300元中取走了 100元使 amount的值保持为 200。

如果弟弟先执行，则弟弟将从已有的200元存款中取出 100元使amount的值成为 100。

然后，哥哥再执行存人 100
元的工作而使amount的值仍为200。

可见，无论是哥哥先执行存款还是弟弟先执行取款，只要各自在临界区的工作没有间断，则均使amount保持正确值。

（2）两个进程在临界区交替执行。

此时可能哥哥先执行了 m1:=amount，但还没有执行后继操作时弟弟调用的 TAKE进程占用处理器执行了 m2:=amount，那么，m1和 m2都取到了相同的值 200。

同样地，若两个进程先后执行了 m2:= amount和 m1:= amount，则 m1和 m2也都取到相同的值200。

随后，两个进程并发执行时将使m1=300，m2=100。

如果SAVE进程先执行amount:= m1，TAKE进程后执行 amount:= m2，则 amount的终值为 100。

如果 TAKE进程先执行 amount:= m2，SAVE进程后执行 amount:= m1，则 amount的终值为 300。

可见，进程并发执行时该账号上可能出现的余额为100元，200元，300元，正确的余额数应该为200元。

之所以会出现错误是由于没有限制进程互斥地进入相关临界区执行，为保证系统的安全，可用 PV操作实现互斥。

用 PV操作管理时只需定义一个互斥信号量，其初值为“ 1”，用以限制每次只有一个进程可以进入临界区执行。

【解答】（1）系统工作时会出现与时间有关的错误，这是因为并发进程中没有对共享变量amount的使用加以限制，进程交叉访问amount时就会出错。

（2）账号上可能出现的余额为100元或200元或300元，正确的余额应该为200元。

（3）用PV操作管理时可定义一个信号量S,S的初值为1，信号量S用于限制进程互斥地进入相关临界区执行。

（4）使用PV操作管理后能保证正确并发执行的进程结构如下：
begin
amount:integer;
s:semaphore;
amount:=0; s:=1;
cobegin
Process SAVE
m1:integer;
begin
P(S);
m1:=amount;
m1:=m1+100;
amount:=m1;
V(S)
end;
Process TAKE
m2:integer;
begin
P(S);
m2:=amount;
m2:=m2-100;
amount:=m2;
V(S)
end;
coend:
end;。