操作系统第二章作业讲解教案资料

第二章习题讲解1、进程之间存在着哪几种制约关系？各是什么原因引起的？下列活动分别属于哪种制约关系？（1）若干同学去图书馆借书；（2）两队举行篮球比赛；（3）流水线生产的各道工序；（4）商品生产和社会消费。

答：进程之间存在着直接制约与间接制约这两种制约关系，其中直接制约（同步）是由于进程间的相互合作而引起的，而间接制约（互斥）则是由于进程间共享临界资源而引起的。

（1）若干同学去图书馆借书，是间接制约，其中书是临界资源；（2）两队举行篮球比赛，是间接制约，其中蓝球是临界资源；（3）流水线生产的各道工序，是直接制约，各道工序间需要相互合作，每道工序的开始都依赖于前一道工序的完成；（4）商品生产和社会消费，是直接制约，两者也需要相互合作：商品生产出来后才可以被消费；商品被消费后才需要再生产。

2、试写出相应的程序来描述下图所示的前趋图var a,b,c,d,e,f:semaphore:=0,0,0,0,0,0;begin S1; signal(a); signal(b); signal(c); end;begin wait(a); S2; end;begin wait(b); S3; signal(d); end;begin wait(c); S4; end;begin wait(d); S5; signal(e); signal(f); end;begin wait(e); S6; end;begin wait(f); S7; end;3、已知一个求值公式(A2＋3B)/(B+5A)，若A、B已赋值，试画出该公式求值过程的前趋图，并使用信号量描述这些前趋关系。

答：根据求值公式，假设：S1: X1=A*AS2: X2=3*BS3: X3=5*AS4: X4=X1+X2S5: X5=B+X3S6: X6=X4/X5var a,b,c,d,e:semaphore:=0,0,0,0,0;begin S1; signal(a); end;begin S2; signal(b); end;begin S3; signal(c); end;begin wait(a); wait(b); S4; signal(d); endbegin wait(c); S5; signal(e); endbegin wait(d); wait(e); S6; end4、桌上有一只能容纳一个水果的盘子；爸爸专向盘子中放苹果(apple)，妈妈专向盘子中放桔子(orange)，一个儿子专等吃盘子中的桔子，一个女儿专等吃盘子里的苹果，1）试用信号量实现他们的同步关系；2）如果有两个家庭的爸爸、妈妈、儿子、女儿和二只盘子呢？会需要专门的实现吗？var empty,apple,orange:semaphore:= 1,0,0;说明：empty与apple表示盘子为空与盘子中放入了苹果，用于表示爸爸与女儿间的同步关系；empty与orange表示盘子为空与盘子中放入了桔子，用于表示妈妈与儿子间的同步关系；var mutex,empty,apple,orange:semaphore:=1,2,0,0;dish: array[0,1] of fruit;wait(empty);wait(mutex);if dish[in]==apple or dish[in]==orange thenin:=(in+1) mod 2;disk[in]:=orange;in:=(in+1) mod 2;signal(mutex);signal(orange);Until falseendwait(mutex);if dish[out]==apple thenout:=(out+1) mod 2;get an orange from dish[out];out:=(out+1) mod 2;signal(mutex);signal(empty);Eat an apple;Until falseend5、试用信号量实现课件92页，司机与售票员进程的同步关系driver:beginrepeatdrive a bus;arrive at bus station;signal(stop);rest;wait(door);Until falseend conductor:begin repeatsell tickets;wait(stop);Open the door;Close the doorsignal(door); Until falseend6、试用信号量解决读者—写者问题，使得写者与读者优先级根据到达顺序确定。

1）典型错误代码讲解：不增加任何信号量Var rmutex, wmutex:semaphore∶=1,1;Readcount:integer∶=0;beginparbeginReader:beginrepeatwait(rmutex);if Readcount=0 then wait(wmutex);Readcount∶= Readcount+1;signal(rmutex);…perform read operation;…wait(rmutex);Readcount∶= Readcount-1;if Readcount=0 then signal(wmutex);signal(rmutex);until false;endwriter:beginrepeatif readcount>0 then wait(rumtex);wait(wmutex);perform write operation;signal(rmutex);signal(wmutex);until false;endparendend进程行为rmutex=1 wmutex=1 Readcount=0 状态备注R1 到达rmutex=0wmutex=0 Readcount=1 执行/就绪第1位读者rmutex=1R2 到达rmutex=0Readcount=2 执行/就绪rmutex=1阻塞Readcount>0W1 到达rmutex=0阻塞1R3 到达阻塞1 阻塞rmutex=0R4 到达阻塞2 阻塞rmutex=0W2 到达阻塞3 阻塞rmutex=0R1 离开阻塞4 阻塞rmutex=0R2 离开阻塞5 阻塞rmutex=0产生死锁2）学习指导与题解上的解题思路答：为使写者优先，可在原来的读优先算法基础上增加一个初值为1的信号量S，使得当至少有一个写者准备访问共享对象时，它可使后续的读者进程等待写完成。

初值为0的整型变量writecount用来对写者进行计数；初值为1 的互斥信号量mutex用来实现多个写者对writecount的互斥访问。

读者与写者进程算法描述如下：var S, mutex, rmutex, wmutex: semaphore:=1,1, 1,1;writecount, readcount: integer:=0,0;reader: beginrepeatwait(S);wait(rmutex);if readcount=0 then wait(wmutex);readcount:=readcount+1;signal(rmutex);signal(S);perform read operation;wait(rmutex);readcount:=readcount-1;if readcount=0 then signal(wmutex);signal(rmutex);until falseendwriter: beginrepeatwait(mutex);if writecount=0 then wait(S);writecount:=writecount+1;signal(mutex);wait(wmutex);perform write operation;signal(wmutex);wait(mutex);writecount:=writecount-1;if writecount=0 then signal(S);signal(mutex);until falseend3）改写上述代码，真正实现读写平等策略var S, rmutex, wmutex: semaphore:=1, 1,1;readcount: integer:= 0;reader: beginrepeatwait(S);wait(rmutex);if readcount=0 then wait(wmutex);readcount:=readcount+1;signal(rmutex);signal(S);perform read operation;wait(rmutex);readcount:=readcount-1;if readcount=0 then signal(wmutex);signal(rmutex);until falseendwriter: beginrepeatwait(S);wait(wmutex);perform write operation;signal(wmutex);signal(S);until falseend7、试说明PCB的作用，为什么说PCB是进程存在的唯一标志？（课本第7题）答：进程控制块的作用，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，即一个能与其他进程并发执行的进程。

在创建进程时，系统将为它配置一个PCB；在进行进程调度时，系统将根据PCB中的状态和优先级等信息来选择新进程，然后将老进程的现场信息保存到它的PCB中，再根据新进程PCB中所保存的处理机状态信息来恢复运行的现场；执行中的进程，如果需要访问文件或者需要与合作进程实现同步或通信，也都需要访问PCB；当进程因某种原因而暂停执行时，也必须将断点的现场信息保存到它的PCB中；当进程结束时，系统将回收它的PCB。

可见，在进程的整个生命周期中，系统总是通过其PCB对进程进行控制和管理，亦即，系统是根据其PCB而不是任何别的什么而感知到进程的存在，所以说，PCB是进程存在的唯一标志。

8、同步机构应遵循哪些基本准则？为什么？（课本第18题）答：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待。

这样才能保证多个进程对临界资源的互斥访问，不会造成系统的混乱、程序执行结果的不确定性或死锁的产生。

9、试从物理概念上说明记录型信号量wait和signal。

（课本第19题）答：一个信号量通常对应一类临界资源，在使用前，信号量必须经过定义并赋适当的初值。

每次对它进行wait操作意味着申请一个单位的该资源，signal操作操作意味着归还一个单位的该类资源。