现代操作系统 第二章 进程与线程 答案 自己整理版

第一题

可能发生:理想情况下,如仅有一个进程时,某个进程从阻塞态直接到运行态是可能的.
而从就绪态到阻塞态则不可能.

第三题

汇编可以直接操纵底层硬件.

第四题

用户栈空间不足时不至于使操作系统崩溃.	

第五题

pow(1/2,5) = 1/32

第六题

可以容纳的进程数: (4G - 512m) / 256m = 14
假设每个进程等待I/O的概率是 p
则14个进程都等待I/O的概率是 p^14
令 p ^ 14 = 1 - 0.99 = 0.01 得p = 0.72

第七题

首先明确,一个进程可能处于在等待IO即阻塞状态,或者占用了CPU,即运行态.本题两个进程可并行运行,所以不考虑就绪态.
那么,I/O等待占50%,即I/O等待是20分钟,占用CPU是20分钟,即该进程总共运行40分钟.切不可认为I/O是20 * 0.5 == 10分钟.
则顺序执行,共需要80分钟.
并行执行,cpu的利用率为 1 - p ^ 2 = 1 - 0.5 ^ 2 = 0.75
则每个进程占用占用约为0.375每分钟,
则累计够20分钟cpu时间需要 20 / 0.375 = 53.33分钟.

第八题

如上题: answer = 1 - 0.4 ^ 6 = 0.995

第九题

每个进程下载文件的一部分

第十一题 子进程复制了进程的什么

代码助记

//验证父进程内含有线程时,子进程是否会含有该线程
//父进程会不停的输出0,子进程如果也有该线程,则会输出1
//结果表明,子进程连父进程的线程也会copy
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int i = 0;

void *pf(void *args){
    pid_t pid;
    if((pid = fork()) == 0){
        i = 1;
    }

    while(1){
        printf("%d\n", i);
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}

int main(){
    pthread_t ppid;
    pthread_create(&ppid, NULL, &pf, NULL);

    while(1)
        ;

    return 0;
}

本题

注意: 子进程会复制父进程的任何,(代码以共享的方式)
单线程进程不会出现同时等待输入的情况,因为进程在线程等待输入时会被阻塞
多线程进程不会被阻塞,所以可以创建子进程.

第十二题

内核级线程,否则应用程序也会被阻塞.
注意单个的用户级线程的阻塞会导致整个进程的阻塞.

第十三题

略

第十四题

因为线程会保存寄存器的值.

第十五题

略

第十六题

用户级线程不会被时钟中断抢占,除非整个进程的时间片用完.
内核级线程则会跟随时钟的调度.

第十七题

略

第十八题

用户级线程的优点

1. 可以在不支持线程的操作系统中使用
2. 创建,销毁和切换线程等线程管理的代价比内核线程少得多,因为保存线程状态的过程和调用程序都只是本地过程
3. 允许每个进程定制自己的调度算法,线程管理比较灵活.
4. 不需要陷阱,不需要上下文切换,也不需要对内存告诉缓存进行刷新,使得线程调用非常快捷.
5. 线程的调度不需要内核直接参与,控制简单

用户级线程的缺点

1. 单个线程的阻塞会引起整个进程所有线程的阻塞.
2. 页面失效也会产生类似的问题.
3. 一个单独的进程内部,没有时钟轮换,所以不可能用轮转调度的方式调度线程
4. 资源调度按照进程进行,多处理机下,同一个进程中的线程只能在同一个处理机下分时复用.

用户级线程最突出的优点和缺点

优点: 效率,不需要陷入内核.
缺点: 整个进程会因为一个线程的阻塞而阻塞.

第十九题

有.主程序每次调用完pthread_create后,调用pthread_join阻塞自己,等到子线程执行完毕后,再继续循环.

第二十题

略

第二十一题

略

第二十二题

可以实现.每次线程被阻塞时就启动定时器,然后把控制返回给线程包.

第二十三题 进程间通信

仍然有效,但也仍旧是忙等待

第二十四题

可行.

第二十五题

略

第二十六题

不会,轮转调度算法使得L早晚会运行.

第二十七题

用户级线程,每个线程一个栈
内核级线程,也是每个线程一个栈

第二十八题

是的.多处理机,每个处理器运行一个程序,然后对共享变量进行操作,仍然会触发竞争条件.

第二十九题

略

第三十题

可以处理互斥,因为两个进程不会同时进入临界区.
但是,这是一种严格轮换的解决方式,比如:
若此时turn == 1,则P0无限等待P1,而P1可能并不需要执行,违背了空闲让进和有限等待原则.

第三十一题

略

第三十三题

如果程序操作按阶段进行,直到两个进程都完成当前阶段才可进入下一阶段,则可以使用屏障.

第三十四题

可以,内核信号量用于同步内核线程.
而不可以同步用户态线程,因为一个线程的阻塞会使得整个进程都处于阻塞状态.

第三十六题

消息传递.消息为订单,饭菜和食品袋.在unix中,该4个进程通过管道连接.

第三十七题

不会导致,不过它是完全的忙等待.

第三十八题

nT seconds

第三十九题

创建了3个子进程,总共4个进程此时.

第四十题 进程间调度

某个进程在列表中出现两次,则可以为它分配两次时间片,从而提高该进程的优先级

第四十一题

可以.进程代码中需要大量进行IO,则是IO密集型的

第四十二题

时间片太长则会影响进程的并发效率
时间片太短,则上下文切换的代价所占比重就比较大,也是浪费.

第四十三题

这题不会做,求讲解

(a) T / (T + S)
(b) T / (T + S)
© Q / (Q + S)

第四十四题

当X小于等于3时: X 3 5 6 9
当X大于9时: 3 5 6 9 X
… …
总之按照最短作业优先即可

第四十五题

(a) 轮转法

前10分钟,每个进程使用CPU为1/5,10分钟时,C结束.(C整好获得了两分钟,此时还剩4个进程均分CPU时间)
继续8分钟,每个进程使用CPU为1/4,18分钟时,D结束.(注意,前10分钟,D获得了2分钟的CPU时间,继续8分钟,D又获得了两分钟的CPU时间,故总共4分钟,整好结束)
继续6分钟,每个进程获得1/3的CPU时间,24分钟时,B结束
继续4分钟,每个进程获得1/2的CPU时间,28分钟时E结束
最后2分钟,30分钟时A结束
周转时间(10 + 18 + 24 + 28 + 30) / 5 = 22

(b) 优先级调度

(6 * 5 + 8 * 4 + 10 * 3 + 2 * 2 + 4 * 1 ) / 5 = 20
结果和答案不一样

© 先来先服务

(10 * 5 + 6 * 4 + 2 * 3 + 4 * 2 + 8 * 1) / 5 = 19.2

(d)最短作业优先

(2 * 5 + 4 * 4 + 6 * 3 + 8 * 2 + 10) / 5 = 14 

第四十六题

CTSS: 兼容分时系统.
注意并不是每次调度只分配给一个时间片,它是按指数分配时间片.即第一次分配一个时间片,第二次分配2个,第三次分配4个,第四次分配8个,第五次分配16个,此时共1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 31 > 30,即需要5次调度

第四十七题

第四十八题

第四十九题

第五十题

统统略,调度不学那么详细.

第五十一题 IPC

能.

第五十二题

以下略