第3章
　　進(jìn)程并發(fā)控制
　　3.1例 題 解 析
　　例題1進(jìn)程間的互斥與同步表示了各進(jìn)程間的。
　　A. 競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)作B. 相互獨(dú)立與相互制約
　　C. 臨界區(qū)調(diào)度原則D. 動(dòng)態(tài)性與并發(fā)性
　　分析： 答案A。當(dāng)多個(gè)進(jìn)程都去訪問(wèn)非共享資源時(shí)就會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，需要互斥執(zhí)行，通過(guò)臨界區(qū)加以控制，當(dāng)多個(gè)進(jìn)程相互協(xié)作共同完成一個(gè)任務(wù)時(shí)，需要同步相關(guān)的信息以達(dá)到合作的目的。
　　例題2若執(zhí)行信號(hào)量S操作的進(jìn)程數(shù)為3，信號(hào)量S初值為2，當(dāng)前值為－1，表示有個(gè)等待相關(guān)臨界資源的進(jìn)程。
　　A. 0B. 1C. 2D. 3
　　分析： 答案B。每當(dāng)一個(gè)進(jìn)程申請(qǐng)S信號(hào)量時(shí)，S的值就減1，當(dāng)S的值為0時(shí)再申請(qǐng)的進(jìn)程就需等待，負(fù)值的絕對(duì)值就表示在臨界區(qū)等待的進(jìn)程數(shù)。
　　例題3由于并發(fā)進(jìn)程執(zhí)行的隨機(jī)性，一個(gè)進(jìn)程對(duì)另一個(gè)進(jìn)程的影響是不可預(yù)測(cè)的，甚至造成結(jié)果的不正確，。
　　A. 造成不正確的因素與時(shí)間有關(guān)
　　B. 造成不正確的因素只與進(jìn)程占用的處理機(jī)有關(guān)
　　C. 造成不正確的因素與執(zhí)行速度無(wú)關(guān)
　　D. 造成不正確的因素只與外界的影響有關(guān)
　　分析： 答案A。由于各進(jìn)程的異步推進(jìn)，進(jìn)程之間的制約關(guān)系與時(shí)間有關(guān)，也即與進(jìn)程的執(zhí)行速度有關(guān)。
　　例題4下列機(jī)構(gòu)中不能用于進(jìn)程間數(shù)據(jù)通信的是。
　　A. 消息B. 共享存儲(chǔ)區(qū)C. 信號(hào)量D. 管道
　　分析： 答案C。能傳送大量數(shù)據(jù)的高級(jí)通信機(jī)制可歸結(jié)為三大類： 共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)、消息傳遞系統(tǒng)以及管道通信系統(tǒng)。信號(hào)量主要用于進(jìn)程的同步與互斥控制，不是為了數(shù)據(jù)通信。
　　例題5下面有關(guān)管程的說(shuō)法，不正確的是。
　　A. 管程是一種進(jìn)程同步機(jī)制
　　B. 管程是一種編程語(yǔ)言成分
　　C. 管程是一種系統(tǒng)調(diào)用
　　D. 管程比信號(hào)量更容易保證并行編程的正確性
　　分析： 答案C。使用信號(hào)量和PV操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步時(shí)，對(duì)共享資源的管理分散于各個(gè)進(jìn)程中，這樣不利于系統(tǒng)對(duì)臨界資源的管理，難以防止進(jìn)程有意或無(wú)意地違反同步操作，且容易造成程序設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。因此提出管程的概念以解決上述問(wèn)題，管程實(shí)質(zhì)上是把臨界區(qū)集中到抽象數(shù)據(jù)類型模板中，可作為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的一種結(jié)構(gòu)成分。
　　例題6什么是臨界資源和臨界區(qū)？一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)的調(diào)度原則是什么？
　　答： 不允許兩個(gè)或兩個(gè)以上進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)的資源稱為臨界資源。進(jìn)程執(zhí)行訪問(wèn)臨界資源的程序段稱為臨界區(qū)、臨界段或互斥段。
　　能支持各進(jìn)程互斥地執(zhí)行臨界區(qū)的調(diào)度機(jī)制必須滿足下列要求。
　　(1) 在臨界區(qū)中，每次只能允許一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入。
　　(2) 一個(gè)進(jìn)程在非臨界區(qū)中的暫停運(yùn)行不能影響其他進(jìn)程。
　　(3) 一個(gè)進(jìn)程如需要進(jìn)入臨界區(qū)，不能發(fā)生無(wú)限延遲的情況，既不會(huì)死鎖，也不會(huì)饑餓。
　　(4) 當(dāng)無(wú)進(jìn)程在臨界區(qū)時(shí)，必須讓任何希望進(jìn)入該程序段的進(jìn)程無(wú)延遲地進(jìn)入。
　　(5) 一個(gè)進(jìn)程只能在臨界區(qū)內(nèi)停留有限的時(shí)間。
　　(6) 對(duì)于相關(guān)進(jìn)程的運(yùn)行速度和處理機(jī)的數(shù)量不做假設(shè)。
　　例題7進(jìn)程之間存在哪幾種制約關(guān)系？各是什么原因引起的？下列活動(dòng)分別屬于哪種制約關(guān)系？
　　(1) 圖書(shū)館借書(shū)。
　　(2) 兩隊(duì)舉行籃球賽。
　　(3) 流水生產(chǎn)線。
　　(4) 樂(lè)隊(duì)演奏。
　　(5) 購(gòu)買火車票。
　　答： 有直接制約關(guān)系(即同步問(wèn)題)和間接制約關(guān)系(即互斥問(wèn)題)； 同步問(wèn)題是存在關(guān)系的進(jìn)程之間的相互等待所產(chǎn)生的制約關(guān)系，互斥問(wèn)題是進(jìn)程間競(jìng)爭(zhēng)使用資源所發(fā)生的制約關(guān)系。
　　(1) 屬于互斥關(guān)系，因?yàn)闀?shū)的個(gè)數(shù)是有限的，一本書(shū)只能借給一個(gè)同學(xué)。
　　(2) 既存在互斥關(guān)系，也存在同步關(guān)系�；@球只有一個(gè)，兩隊(duì)都要競(jìng)爭(zhēng)； 但對(duì)于同一個(gè)隊(duì)的隊(duì)員之間需要相互協(xié)作才有可能取得比賽的勝利。
　　(3) 屬于同步關(guān)系，生產(chǎn)線上各道工序的開(kāi)始都依賴前道工序的完成。
　　(4) 屬于同步關(guān)系，樂(lè)隊(duì)中的每個(gè)成員需要相互協(xié)作共同完成樂(lè)曲演奏任務(wù)。
　　(5) 屬于互斥關(guān)系，一張火車票只能賣給一個(gè)人。
　　例題8在生產(chǎn)者�蚕�費(fèi)者問(wèn)題中，如果將兩個(gè)P操作即生產(chǎn)者程序流程中的P(buffers)和P(mutex)互換位置，結(jié)果會(huì)如何？
　　答： P(buffers)和P(mutex)互換位置后，因?yàn)閙utex是生產(chǎn)者和消費(fèi)者公用的信號(hào)量變量，生產(chǎn)者在執(zhí)行完P(guān)(mutex)后，則mutex賦值為0，倘若當(dāng)前無(wú)空閑緩沖區(qū)，buffers也為0，在執(zhí)行了P(buffers)后，buffers為-1，該生產(chǎn)者進(jìn)程就會(huì)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，這樣不僅其他的生產(chǎn)者進(jìn)程會(huì)因mutex不能繼續(xù)存放產(chǎn)品，并且消費(fèi)者也因mutex不能取產(chǎn)品，從而無(wú)法釋放緩沖區(qū)，使緩沖區(qū)始終為0，這樣就形成了死鎖。
　　例題9試用P、V操作描述下列理發(fā)師和顧客之間的同步問(wèn)題。
　　某個(gè)理發(fā)師當(dāng)沒(méi)有顧客時(shí)，去睡覺(jué)； 當(dāng)有顧客來(lái)理發(fā)，若理發(fā)師正在睡覺(jué)時(shí)，這個(gè)顧客會(huì)叫醒他，理發(fā)師給該顧客理發(fā)，理發(fā)期間若還有顧客到達(dá)則等待理發(fā)師依次理發(fā)，直到?jīng)]有顧客到來(lái)，理發(fā)師又去睡覺(jué)。
　　分析： 將此題看作是N個(gè)生產(chǎn)者和一個(gè)消費(fèi)者問(wèn)題。顧客作為生產(chǎn)者，每到來(lái)一位，就應(yīng)將計(jì)數(shù)器rc計(jì)數(shù)一次，以便讓理發(fā)師理發(fā)至*后一位顧客，因此，顧客進(jìn)程執(zhí)行的*個(gè)語(yǔ)句便是rc=rc+1。而*個(gè)到來(lái)的顧客應(yīng)負(fù)責(zé)喚醒理發(fā)師，理發(fā)師此時(shí)正在信號(hào)量wakeup上等待(P(wakeup))； 該信號(hào)量初值為0，由*個(gè)顧客執(zhí)行V(wakeup)。若該顧客不是*個(gè)到達(dá)者，則在信號(hào)量wait上等待(P(wait))； 該信號(hào)量初值為0，等到理發(fā)師給前一位顧客理完發(fā)后執(zhí)行V(wait)，便給該顧客理發(fā)。以上過(guò)程循環(huán)往復(fù)，理發(fā)師每處理完一個(gè)顧客，就令計(jì)數(shù)器rc值減1，當(dāng)rc=0時(shí)，便知此時(shí)無(wú)顧客，理發(fā)師可繼續(xù)睡覺(jué)，等待下一個(gè)顧客的到達(dá)。為了保證對(duì)計(jì)數(shù)器rc互斥使用，還需要設(shè)置信號(hào)量mutex(初值為1)。
　　答： 用P、V操作描述理發(fā)師和顧客之間的同步問(wèn)題：
　　wakeup, wait, mutex :Semaphore;
　　wakeup :=0;wait :=0;mutex :=1;
　　cobegin
　　顧客進(jìn)程：
　　{
　　P(mutex);
　　rc= rc+1;
　　if(rc==1)
　　V(wakeup);
　　else
　　P(wait);
　　V(mutex);
　　理發(fā)；
　　}
　　理發(fā)師進(jìn)程：
　　{
　　P(wakeup);
　　while (rc!=0)
　　{
　　理發(fā)；
　　P(mutex);
　　rc=rc-1;
　　if (rc!=0)
　　V(wait);
　　V(mutex);
　　}
　　}
　　coend
　　3.2課后自測(cè)題
　　一、 選擇題
　　1. 并發(fā)性是指若干事件在發(fā)生。
　　A. 同一時(shí)刻B. 同一時(shí)間間隔內(nèi)
　　C. 不同時(shí)刻D. 不同時(shí)間間隔內(nèi)
　　2. 進(jìn)程間的基本關(guān)系為。
　　A. 相互獨(dú)立B. 同步與互斥
　　C. 信息傳遞與信息緩沖D. 并行執(zhí)行與資源共享
　　3. 操作系統(tǒng)中P、V操作是一種。
　　A. 系統(tǒng)調(diào)用B. 進(jìn)程通信原語(yǔ)C. 控制命令D. 軟件模塊
　　4. 兩個(gè)進(jìn)程合作完成一個(gè)任務(wù)，在并發(fā)執(zhí)行中，一個(gè)進(jìn)程要等待其合作伙伴發(fā)來(lái)信息或者建立某個(gè)條件后再向前執(zhí)行，這種關(guān)系是進(jìn)程間的關(guān)系。
　　A. 同步B. 互斥C. 競(jìng)爭(zhēng)D. 合作
　　5. 一段不能由多處進(jìn)程同時(shí)執(zhí)行的代碼稱為。
　　A. 臨界區(qū)B. 臨界資源C. 鎖操作D. 信號(hào)量操作
　　6. 臨界區(qū)是指并發(fā)進(jìn)程中。
　　A. 用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥的程序段B. 用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步的程序段
　　C. 用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通信的程序段D. 與互斥的共享資源有關(guān)的程序段
　　7. 不能利用實(shí)現(xiàn)父子進(jìn)程間的互斥。
　　A. 文件B. 外部變量C. 信號(hào)量D. 鎖
　　8. 解決進(jìn)程間同步與互斥問(wèn)題常用的方法是使用。
　　A. 鎖操作B. 存儲(chǔ)管理C. 信號(hào)機(jī)構(gòu)D. 信號(hào)量
　　9. 讀者、寫者是一個(gè)問(wèn)題。
　　A. 互斥B. 半同步C. 全同步D. 共享
　　10. 如果系統(tǒng)只有一個(gè)臨界資源，同時(shí)有很多進(jìn)程要競(jìng)爭(zhēng)該資源，那么系統(tǒng)發(fā)生死鎖。
　　A. 一定會(huì)B. 一定不會(huì)
　　C. 不一定會(huì)D. 由進(jìn)程數(shù)量決定
　　11. 在操作系統(tǒng)中，對(duì)信號(hào)量的s的P操作定義中，使進(jìn)程進(jìn)入相應(yīng)等待隊(duì)列的條件是。
　　A. s>0B. s=0C. s<0D. s≤0
　　12. N個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)一個(gè)臨界資源，則設(shè)置的互斥信號(hào)量s的取值范圍是。
　　A. 0~N-1B. 1~-(N-1)C. 1~N-1D. 0~-1
　　13. 臨界區(qū)就是指。
　　A. 一段程序B. 一段數(shù)據(jù)區(qū)C. 一個(gè)緩沖區(qū)D. 一個(gè)共享資源
　　14. M個(gè)生產(chǎn)者，N個(gè)消費(fèi)者共享長(zhǎng)度為L(zhǎng)的有界緩沖區(qū)，則對(duì)緩沖區(qū)互斥操作而設(shè)置的信號(hào)量的初值應(yīng)設(shè)為。
　　A. LB. MC. ND. 1
　　15. 對(duì)于使用一個(gè)臨界資源的兩個(gè)并發(fā)進(jìn)程，若互斥信號(hào)量等于1，則表示。
　　A. 沒(méi)有進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)
　　B. 有一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入了臨界區(qū)
　　C. 有一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入了臨界區(qū)，另一個(gè)進(jìn)程等待進(jìn)入
　　D. 這兩個(gè)進(jìn)程都在等待進(jìn)入臨界區(qū)
　　16. 若信號(hào)量S的初值為2，當(dāng)前值為-1,則表示有個(gè)等待進(jìn)程。
　　A. 0B. 1C. 2D. 3
　　17. 類似于電子郵件系統(tǒng)的進(jìn)程間的通信方法是通信。
　　A. 管道B. 共享存儲(chǔ)區(qū)C. 信號(hào)量D. 消息
　　18. 在進(jìn)程之間要傳遞大量的數(shù)據(jù)，效率高而且互斥與同步控制方便的方法是采用。
　　A. 管道B. 共享存儲(chǔ)區(qū)C. 全局變量D. 信號(hào)量
　　19. 信箱通信是一種通信方式。
　　A. 低級(jí)B. 直接C. 間接D. 中級(jí)
　　20. 下列不屬于管程的組成部分。
　　A. 對(duì)管程內(nèi)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作的一組過(guò)程
　　B. 管程外過(guò)程調(diào)用管程內(nèi)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說(shuō)明
　　C. 管程內(nèi)共享變量的說(shuō)明
　　D. 共享變量初始化語(yǔ)句序列
　　21. 測(cè)試并設(shè)置指令test�瞐nd�瞫et是一種。
　　A. 鎖操作指令B. 互斥指令C. 判斷指令D. 信號(hào)量指令
　　22. 關(guān)于管程與進(jìn)程比較的論述中，正確的是。
　　A. 管程內(nèi)定義的是公用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)程內(nèi)定義的是私有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
　　B. 管程作為操作系統(tǒng)或編程語(yǔ)言成分，與進(jìn)程一樣也具有生命周期，由創(chuàng)建而產(chǎn)生，由撤銷而消亡
　　C. 管程能被系統(tǒng)中所有的進(jìn)程調(diào)用
　　D. 管程和調(diào)用它的進(jìn)程能夠并行工作
　　23. 任何進(jìn)程使用管程所管理的臨界資源時(shí)，需要調(diào)用特定的才能互斥地進(jìn)入管程，使用資源。
　　A. 系統(tǒng)調(diào)用B. 訪管指令
　　C. 管程中的有關(guān)入口過(guò)程D. 同步操作原語(yǔ)
　　二、 填空題
　　1. 并發(fā)的實(shí)質(zhì)是一個(gè)處理機(jī)在多個(gè)程序之間的。
　　2. 通常將并發(fā)進(jìn)程之間的制約關(guān)系分為兩類： 和。
　　3. P、V操作原語(yǔ)是對(duì)執(zhí)行的操作，其值只能由P、V操作改變。
　　4. 若一個(gè)進(jìn)程已經(jīng)進(jìn)入臨界區(qū)，其他欲進(jìn)入同一臨界區(qū)的進(jìn)程必須。
　　5. 一次僅允許一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)的資源稱為。
　　6. 進(jìn)程訪問(wèn)臨界資源的那段代碼稱為。
　　7. 在進(jìn)程的同步和互斥問(wèn)題中，可以用布爾變量實(shí)現(xiàn)。
　　8. 在操作系統(tǒng)中，使用信號(hào)量可以解決進(jìn)程間的與問(wèn)題。
　　9. 每執(zhí)行一次Wait()操作，信號(hào)量的數(shù)值S減1。若，則該進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行，否則進(jìn)入狀態(tài)。
　　10. 每執(zhí)行一次Signal()操作，信號(hào)量的數(shù)值S加1。若，則該進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行； 否則，從對(duì)應(yīng)的隊(duì)列中移出一個(gè)進(jìn)程，該進(jìn)程的狀態(tài)將為。
　　11. 有m個(gè)進(jìn)程共享一個(gè)同類臨界資源，如使用信號(hào)量解決進(jìn)程間的互斥問(wèn)題，那么信號(hào)量的取值范圍為。
　　12. 有m個(gè)進(jìn)程共享n個(gè)同類臨界資源，如使用信號(hào)量解決進(jìn)程間的互斥問(wèn)題，那么信號(hào)量的取值范圍為。
　　13. 互斥信號(hào)量S的當(dāng)前值為-2表示。
　　14. 某一時(shí)刻系統(tǒng)中共有6個(gè)進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程要使用一個(gè)相關(guān)臨界資源�；コ庑盘�(hào)量S的初值為3，當(dāng)前值為-2，則表示有個(gè)進(jìn)程正在訪問(wèn)相關(guān)臨界資源，有個(gè)訪問(wèn)相關(guān)臨界資源的進(jìn)程進(jìn)入了阻塞狀態(tài)，有個(gè)進(jìn)程還沒(méi)有申請(qǐng)?jiān)L問(wèn)相關(guān)臨界資源。
　　15. 信號(hào)量當(dāng)前值大于零時(shí)其數(shù)值表示。
　　16. 有m個(gè)進(jìn)程共享一個(gè)臨界資源，若使用信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)臨界資源的訪問(wèn)，則信號(hào)量的初值應(yīng)設(shè)為，其取值范圍為
　　17. 利用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的，應(yīng)為臨界區(qū)設(shè)置一個(gè)信號(hào)量mutex，其初值為1，表示該資源尚未使用，臨界區(qū)應(yīng)置于和原語(yǔ)之間。
　　18. 操作系統(tǒng)中信號(hào)量的值與的使用情況有關(guān)，它的值僅能由來(lái)改變。
　　19. 操作系統(tǒng)中的一種同步與互斥機(jī)制，由共享資源的數(shù)據(jù)及其在該數(shù)據(jù)上的一組操作組成，該機(jī)制稱為。
　　20. 一個(gè)進(jìn)程要向另一個(gè)進(jìn)程傳送大量數(shù)據(jù)，如不考慮進(jìn)程間的同步，效率*高的進(jìn)程通信機(jī)制為。
　　21. 與E�瞞ail類似的進(jìn)程間數(shù)據(jù)通信機(jī)制是。
　　22. 在默認(rèn)的情況下，大多數(shù)信號(hào)會(huì)導(dǎo)致接收進(jìn)程。
　　23. 實(shí)現(xiàn)一個(gè)管程時(shí)，必須考慮的三個(gè)主要問(wèn)題是互斥、和。
　　24. 信箱通信機(jī)制通常采用原語(yǔ)和原語(yǔ)。
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