第二章 进程控制与同步
本章学习要点
? 掌握程序顺序执行和并发执行的特点 ? 掌握进程的定义及特征
? 深入领会进程状态及引起状态转换的典型原因 ? 掌握进程同步与互斥
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能够灵活应用信号量描述同步问题
基本知识点
2.1.1进程的概念
1、前趋图
2、程序的顺序执行 3、程序的并发执行 4、进程的定义及特征 5、进程状态及其变化 6、进程控制块 2.1.2进程控制
1、核心态和用户态 2、进程创建 3、进程撤消 4、进程阻塞与唤醒 2.1.3 线程
1、线程的概念
2、线程的实现、类型 2.1.4互斥与同步的基本概念
1、临界资源
2、互斥
3、同步的概念
2.1.5 信号量
1、信号量及P，V操作 2、利用信号量实现互斥 3、利用P，V操作描述前趋关系 2.1.6 管程
2.1.7 进程通信
1、进程通信的类型
2、消息缓冲通信 3、信箱通信 习题分析
一、选择题
1、在操作系统中，P，V操作是一种（ ）
A、机器指令B、系统调用指令C、作业控制命令D、低级进程通信原语 2、对进程的管理和控制使用（ ）
A、指令B、原语C、信号量D、信箱
3、若信号量S的初值为2，当前值为-1，则表示有（ ）个进程等待。A、0 B、 1 C、 2 D、 3
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4、用P，V操作管理临界区时，信号量的初值应定义为（ ） A、 -1 B、 0 C、 1 D、 任意值 5、 临界区是（ ）
A、一个缓冲区B、 一段共享数据区C、一段程序D、一个互斥资源 6、信箱通信是一种（ ）通信方式 A、直接B、间接 C、低级D、信号量
7、操作系统通过（ ）对进程进行管理 A、JCB B、PCB C、DCT D、CHCT
8、下述哪个选项不是管程的组成部分（ ） A、局部于管程的共享数据结构
B、对管程内的数据结构进行操作的一组过程 C、管程外过程调用管程内数据结构的说明
D、对局部于管程的数据结构设置初始值的语句
9、系统的进程状态如下图所示，a是（① ）状态，b是（② ）状态，c是（③ ）状态。1表示（ ④ ），2表示（ ⑤ ），3表示发生了等待事件，4表示等待事件结束。下列情况中，当发生前者的状态转换时，（ ⑥ ）会导致发生后者的状态转换。
a 1 2 b 4 3 c
① ②③：A、挂起B、运行C、等待D、就绪 ④⑤：A、落选B、选中C、等待
⑥：A、2—>1 B、4—>1 10、下面步骤中，（ ）不是创建进程所必须的。 A、由调度程序为进程分配PCB B、建立一个进程控制快
C、为进程分配内存 D、将进程控制快链入就绪队列
11、对于两个并发进程，设互斥信号量为mutex，若mutex=0，则（ ） A、表示没有进程进入临界区 B、表示有一个进程进入临界区
C、表示有一个进程进入临界区，另一个进程等待 D、表示有2个进程进入临界区。
12、如果系统中有n个进程，则就绪队列中进程的个数最多为（ 0 A、n+1 B、n C、n-1 D、1 13、下述哪项体现了原语的主要特点（ ） A、并发性B、异步性C、共享性D、不可分割性 14、一个进程唤醒意味着（ ）
A、该进程重新占有了CPU B、它的优先权变为最大 C、其PCB移止等待队列队首 D、进程变为就绪态
15、在单一处理机上执行程序，多道程序的执行是在（ ）进行的。
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A.同一时刻 B. 同一时间间隔内
C.某一固定时刻 D. 某一固定时间间隔内 16、引入多道程序技术后，处理机的利用率（ ）。
A.降低了 B. 有所改善 C.大大提高 D. 没有变化，只是程序的执行方便了 17、顺序程序和并发程序的执行相比，（ ）。 A.基本相同 B. 有点不同
C.并发程序执行总体上执行时间快 D.顺序程序执行总体上执行时间快 18、单一处理机上，将执行时间有重叠的几个程序称为（ ）。
A.顺序程序
B. 多道程序
C.并发程序
D. 并行程序
19、进程和程序的本质区别是（ ）。
A.存储在内存和外存
B.顺序和非顺序执行机器指令
C.分时使用和独占使用计算机资源 D.动态和静态特征
20、为了描述进程的动态变化过程，采用了一个与进程相联系的（ ）系统，根据它而感知进程的存在。
A.进程状态字
B. 进程优先数
C.进程控制块
D. 进程起始地址 D. 阻塞->就绪
21、下列进程状态的转换中，哪一个是不正确的（ ）。 A. 就绪->运行 B. 运行->就绪 C. 就绪->阻塞 22、在操作系统中同时存在多个进程，它们（ ）。 A. 不能共享系统资源
B. 不能调用同一段程序代码
C. 可以共享允许共享的系统资源 D. 可以共享所有的系统资源
23、操作系统中有一组常称为特殊系统调用的程序，它不能被系统中断，在操作系统中称为（ ）。 A.初始化程序 B. 原语 C.子程序 D. 控制模块 24、进程间的基本关系为（ ）。
A.相互独立与相互制约 B.同步与互斥 C.并行执行与资源共享 D. 信息传递与信息缓冲 25、进程间的同步与互斥，分别表示了各进程间的（ ）。 A.相互独立与相互制约 C.不同状态
B.协调与竞争
D. 动态性与独立性
26、两个进程合作完成一个任务，在并发执行中，一个进程要等待其合作伙伴发来信息，或者建立某个条件后再向前执行，这种关系是进程间的（ ）关系。 A.同步 B. 互斥 C.竞争 D. 合作 27、在一段时间内，只允许一个进程访问的资源称为（ ）。
A. 共享资源
B. 临界区
C. 临界资源
D. 共享区
28、在操作系统中，对信号量S的P原语操作定义中，使进程进入相应阻塞队列等待的条件是（ ）。 A. S>0 B. S=0 C. S<0 D. S10 24、从下列有关进程管理的叙述中，选出正确的两条叙述。（ ）（ ）
A、进程之间同步，主要源于进程之间的资源竞争，是指对多个相关进程在执行次序上的协调；
B、临界资源是指每次仅允许一个进程访问的资源；
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C、信号量机制是一种有效的实现进程同步与互斥的工具。信号量只能由P-V操作来改变；
D、V操作是对信号量执行加1操作，意味着释放一个单位资源，加1后如果信号量的值小于等于零，则从等待队列中唤醒一个进程，现进程变为等待状态，否则现进程继续进行；
二、填空题
1、进程的基本状态有执行、 和 。
2、进程的基本特征是 、 、 、 、 。 3、信号量的物理意义是当信号量值大于0时，表示 、小于0时表示 。 4、进程由 、 、 三部分组成。其中 是进程存在的惟一标志，而 部分也可以为其他进程共享。 5、进程是一个程序对某个数据集的 。
6、系统中各进程之间逻辑上的相互制约关系称为 。
7、若一个进程已经进入临界区，其他欲进入临界区的进程必须 。
8、程序并发执行与顺序执行时相比产生一些新特征，分别是 、 、 。
9、有m个进程共享同一临界资源，若使用信号量机制实现对临界资源的互斥，则信号量值的变化范围是 。
10、在操作系统中引入线程的主要目的是 。
11、用于进程控制的原语主要有____________、____________、____________和____________。
12、操作系统中信号量的值与____________的使用情况有关，它的值仅能由____________来改变。
14、高级进程通信方式大致分为三大类：____________、____________和____________。 三、综合题
1． 在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？
答：在操作系统中，由于多道程序并发执行时共享系统资源，共同决定这些资源的状态，因此系统中各程序在执行过程中就出现了相互制约的新关系，程序的执行出现“走走停停”的新状态。这些都是在程序的动态过程中发生的。用程序这个静态概念已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。
进程与程序的主要区别是：
1、进程是动态的；程序是静态的。
2、进程有独立性，能并发执行；程序不能并发执行。 3、二者无一一对应关系。
4、进程异步运行，会相互制约；程序不具备此特征。
但进程与程序又密切的联系：进程不能脱离具体程序而虚设，程序规定了相应进程所要完成的动作。
2． PCB的作用是什么？它是怎样描述进程的动态性质的？
答： PCB是进程组成中最关键的部分。每个进程有惟一的进程控制块；操作系统根据PCB对进程实施控制和管理，进程的动态、并发等特征是利用PCB表现出来的；PCB是进程存在的惟一标志。PCB中有表明进程状态的信息：该进程的状态是运行态、就绪态还是阻塞态，利用状态信息来描述进程的动态性质。
3． 进程的基本状态有几种？试描绘进程状态转换图。
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答（1）就绪->运行：CPU空闲，就绪态进程被调度程序选中。
运行->阻塞：运行态进程因某种条件为满足而放弃对CPU的占用，如等待读文件。 阻塞->就绪：阻塞态进程所等待的事件发生了，例如读数据的 操作完成。 运行->就绪：正在运行的进程用完了本次分配给它的CPU时间片。 5、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。
PCB表的组织方式主要有：线性方式、链接方式和索引方式。 线性方式是把所有进程的PCB都放在一个表中。
链接方式按照进程的不同状态把它们分别放在不同的队列中。 索引方式是利用索引表记载相应状态进程的PCB地址。
6． 什么是临界区和临界资源？一进程进入临界区的调度原则是什么？ 7． 是否所有的共享资源都是临界资源？为什么？
不是所有的共享资源都是临界资源。因为临界资源是一次仅允许一个进程使用的资源，而系统中有很多资源可以让多个进程同时使用，例如硬盘，正文段等。
8． 简述信号量的定义和作用。P、V操作原语是如何定义的？
信号量一般是由两个成员组成的数据结构，其中一个成员是整型变量，表示该信号量的值，它是与相应资源的使用情况有关的；另一个是指向CPU的指针。当多个进程都等待同一信号量时，它们就排成一个队列，由信号量的指针项指出该队列的头。 信号量通常可以简单反映出相应资源的使用情况，它与P,V操作原语一起使用可实现进程的同步和互斥。
P,V操作原语的定义：
P(S)：顺序执行下述两个动作： （1） 信号量的值减1，即S=S-1;
（2） 如果S>=0，则该进程继续执行；
如果S<0,则把该进程的状态置为阻塞态，把相应的PCB连入该信号量队列的末尾，并放弃处理机，进行等待（直至其它进程在S上执行V操作，并它释放出来为止）。 V(S)：顺序执行下述两个动作：
（1） S值加1，即S=S+1;
（2） 如果S<=0,则该进程继续运行；
如果S<=0,则释放信号队列上的第一个PCB(即信号指针所指向的PCB)所对应的进程（把阻塞态改为就绪态），执行V操作的进程继续运行。
9、设系统中只有一台打印机，有三个用户的程序在执行过程中都要使用打印机输出计算结果。设每个用户程序对应一个进程。问：这三个进程间有什么样的制约关系？试用P、V操作写出这些进程使用打印机的算法。
答：．因为打印机是一种临界资源，所以这三个进程只能互斥使用这台打印机，即一个用户的计谋结果打印之后，另一个用户再打印。 设三个进程分别为A,B,C.
设一个互斥信号量mutex,其初值为1。 A进程 B进程 C进程
P(mutex) P(mutex) P(mutex)
使用打印机 使用打印机 使用打印机
V(mutex)?? V(mutex)?? V(mutex)????.
10、设有一台计算机，有两条I/O通道，分别接一台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，加工处理后在搬到缓冲区B2中，并在打印机上印出，
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