操作系统——进程章节作业

【题目1】试从调度性,并发性,拥有资源及系统开销方面对进程和线程进行比较。

（1）调度性：在传统的操作系统中，拥有资源的基本单位和独立调度、分派的基本单位都是进程，在引入线程的OS中，则把线程作为调度和分派的基本单位，而把进程作为资源拥有的基本单位；

（2）并发性：在引入线程的OS中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间，亦可并发执行，因而使OS具有更好的并发性；

（3）拥有资源：无论是传统的操作系统，还是引入了线程的操作系统，进程始终是拥有资源的一个基本单位，而线程除了拥有一点在运行时必不可少的资源外，本身基本不拥有系统资源，但它可以访问其隶属进程的资源；

（4）系统开销：由于创建或撤销进程时，系统都要为之分配和回收资源，如内存空间等，进程切换时所要保存和设置的现场信息也要明显地多于线程，因此，操作系统在创建、撤消和切换进程时所付出的开销将显著地大于线程。

【题目2】什么是AND信号量?试利用AND信号量写出生产者一消费者问题的解法。

为解决并行带来的死锁问题，在wait 操作中引入AND条件，其基本思想是将进程在整个运行过程中所需要的所有临界资源，一次性地全部分配给进程，用完后一次性释放。生产者-消费者问题解法如下:

int i=0,out=0;
item buffer[n];
semaphore mutex =1,empty=n,full=0;
void producer()
{
    do
    {
           producer an item nextp;
           ......
           Swait(empty,mutex);
           buffer[in]=nextp;
           in=(in+1)%n;
           Ssignal(mutex,full);
      }while(TRUE);
}
void consumer()
{
    do
    {
          Swait(full,mutex);   
          nextc=buffer[out];
          out=(out+1)%n;
          Ssignal(mutex,empty);
          consumer the item in nextc;
          ......
     }while(TRUE);
}

【题目3】在测量控制系统中的数据采集任务,把所采集的数据送一单缓冲区;计算任务从该单缓冲中取出数据进行计算.试写出利用信号量机制实现两者共享单缓冲的同步算法。

(1)var mutex,empty,full:semaphore:=1,1,0;
gather:
    begin
        repeat
        ...
        gather data in nextp;
        wait(empty);
        wait(mutex);
        buffer:=nextp;
        signal(mutex);
        signal(full);
        until false;
    end
compute:
    begin
        repeat
        ......
        wait(full);
        wait(mutex);
        nextc:=buffer;
        signal(mutex);
        signal(empty);
        compute data in nextc;
        until false;
    end
(2)Var empty, full: semaphore:=1,0;
gather:
    begin
        repeat
        ......
        gather data in nextp;
        wait(empty);
        buffer:=nextp;
        signal(full);
        until false;
    end
compute:
    begin
        repeat
        ......
        wait(full);
        nextc:=buffer;
        signal(empty);
        compute data in nextc;
        until false;
    end

【题目4】何谓用户级线程和内核支持线程?

（1）用户级线程：仅存在于用户空间中的线程，无须内核支持。这种线程的创建、撤销、线程间的同步与通信等功能， 都无需利用系统调用实现。用户级线程的切换通常发生在一个应用进程的诸多线程之间，同样无需内核支持。

（2）内核支持线程：在内核支持下运行的线程。无论是用户进程中的线程，还是系统线程中的线程，其创建、撤销和切换等都是依靠内核，在内核空间中实现的。在内核空间里还 为每个内核支持线程设置了线程控制块，内核根据该控制块感知某线程的存在并实施控制。

【题目5】在生产消费者问题中,如果将两个wait操作即wait(full)和wait(mutex)互换位置,或者将signal(mutex)与signal(full)互换位置,结果如何?

在生产者—消费者问题中，如果将两个wait操作，即wait(full)和 wait(mutex)互换位置后，可能引起死锁。mutex在这里是全局变量，执行完wait(mutex)，则mutex赋值为0，倘若full也为0，则该生产者进程就会转入进程链表进行等待，而生产者进程会因全局变量mutex为0而进行等待，使full始终为0，这样就形成了死锁。同样signal(mutex)与signal(full)互换位置后，从逻辑上来说应该也是一样的。