操作系统习题及答案三习题三同步、通信与死锁一、单项选择题1、在单一处理机上，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2、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3、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4、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. 共享区的资源数大大超过资源总数17、银行家算法是一种（）算法。
A．死锁解除B．死锁避免C．死锁预防D．死锁检测18、某系统中有3个并发进程，都需要同类资源4个，试问该系统不会发生死锁的最少资源数是（）。
A．9 B．10 C．11 D．1219、信箱通信是一种（）通信方式。
A.直接通信B.间接通信C.低级通信D.信号量20、并发进程失去了封闭性是指( )。
A．多个相对独立的进程以各自的速度向前推进B．并发进程的执行结果与速度无关C．并发进程执行时，在不同时刻发生的错误D．并发进程共享变量，其执行结果与速度有关二、填空题1、若一个进程已进入临界区，其他欲进入临界区的进程必须。
2、用P, V操作管理临界区时，任何一个进程在进入临界区之前应调用操作，退出临界区时应调用操作。
3、用信箱实现通信时，应有和两条基本原语。
4、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访问，则信号量值的变化范围是。
5、死锁产生的必要条件有四个，即、、、。
6、银行家算法中，当一个进程提出的资源请求将导致系统从进入时，系统就拒绝它的资源请求。
7、PV操作也可看作为进程间的一种通信方式，由于只交换了少量的信息，故称为。
8、在多线程操作系统中，线程与进程的根本区别在于进程作为单位，而线程是单位。
9、临界区是指并发进程中与有关的程序段10、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。
三、简答题1、什么是进程的互斥与同步？2、一个进程进入临界区的调度原则是什么？3、在操作系统中，P操作和V操作各自的动作是如何定义的？4、为什么并发进程执行时可能会产生与时间有关的错误?如何避免?5、为什么说采用有序资源分配法不会产生死锁?四、应用题1、四个进程A、B、C、D都要读一个共享文件F，系统允许多个进程同时读文件F。
但限制是进程A和进程C不能同时读文件F，进程B和进程D也不能同时读文件F。
为了使这四个进程并发执行时能按系统要求使用文件，现用PV操作进行管理，请回答下面的问题：（1）如何定义信号量及初值；（2）在下列的程序中填上适当的P、V操作，以保证它们能正确并发工作：进程 A 进程 B 进程 C 进程 D… …… …[1]；[3]；[5]；[7]；read F；read F；read F；read F；[2]；[4]；[6]；[8]；… …… …2、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，加工处理后再搬到缓冲区B2中，并在打印机上打印，问：①系统要设几个进程来完成这个任务？各自的工作是什么？②这些进程间有什么样的相互制约关系？③用P、V操作写出这些进程的同步算法。
3、生产者-消费者问题表述如下：一组生产者进程和一组消费者进程通过缓冲区发生联系。
生产者进程将生产的产品送入缓冲区，消费者进程则从中取出产品。
假定环形缓冲池中共有N个缓冲区，编号为0~N-1。
为了描述生产者进程和消费者进程，设指针in和out分别指向生产者进程和消费者进程当前所用的缓冲区(buffer)，初值均为0。
（1）应设置三个信号量实现两类进程的同步，分别是full、empty和mutex。
请说出它们的含义及初值。
（2）下面是生产者进程的算法描述，请填写相应的P、V操作语句。
while (TRUE){；；产品送往buffer（in）；in=（in+1）mod N；/*mod为取模运算*/；；（3）指出生产者进程算法中的临界区是哪一段程序？4、在银行家算法中，若出现下述资源分配情况：试问：(1)该状态是否安全? (2)如果进程P2提出请求Request2(1，2，2，2)后，系统能否将资源分配给它? 5、桌上有一空盘，允许存放一只水果。
爸爸可向盘中放苹果，也可向盘中放桔子，儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。
规定当盘空时一次只能放一只水果供吃者取用，请用P, V 原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。
6、哲学家甲请哲学家乙、丙、丁到某处讨论问题，约定全体到齐后开始讨论：在讨论的间隙四位哲学家进餐，每人进餐时都需使用刀、叉各一把，餐桌上的布置如图2.9所示。
请用信号量及P 、V 操作说明这四位哲学家的同步、互斥过程。
PP 0 0 3 2 1 0 0 0 1 2 1 7 1 6 2 2 Allo Ne Ava答案三 同步、通信与死锁一、单项选择题1、C2、B3、A4、C5、A6、C7、D8、B9、A 10、B甲乙11、D 12、D 13、B 14、A 15、D 16、C 17、B 18、B 19、B 20、D二、填空题1、等待2、P、V3、发送、接收4、1至－(m-1)5、互斥条件、不剥夺条件、部分分配、环路条件6、安全状态、不安全状态7、低级通信8、资源分配、调度和执行单位9、共享变量10、资源、PV操作三、简答题1．进程的互斥是指在逻辑上本来完全独立的若干进程，由于竞争同一个资源而产生的相互制约关系。
进程的同步是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系，也就是说，这些具有伙伴关系的进程在执行时间次序上必须遵循确定的规律。
2．一进程进入临界区的调度原则是：①如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入。
②任何时候，处于临界区内的进程不可多于一个。
如已有进程进入自己的临界区，则其它所有试图进入临界区的进程必须等待。
③进入临界区的进程要在有限时间内退出，以便其它进程能及时进入自己的临界区。
④如果进程不能进入自己的临界区，则应让出CPU，避免进程出现“忙等”现象。
3．P操作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，把它释放出来为止）。
V操作顺序执行下述两个动作：①S值加1，即S=S+1；②如果S＞0，则该进程继续运行；如果S≤0，则释放信号量队列上的第一个PCB（即信号量指针项所指向的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。
4．有交往的并发进程可能会同时使用共享资源，如果对这种情况不加控制，由于进程占用处理器的时间、执行的速度和外界的影响等，就会引起与时间有关的错误。
只要使若干并发进程的相关临界区互斥执行，就可避免造成这类错误。
5．为了便于说明，不妨设系统中有m类资源，n 个进程，分别用Rl，R2，…，Rm(1，2，…，m可看作资源编号)和P1，P2，…Pn表示。
根据有序资源分配法可知，进程申请资源时必须按照资源编号的升序进行，即任何进程在占有了Ri类资源后，再申请的资源Rj的编号j一定大于i。
因此在任一时刻，系统中至少存在一个进程Pk，它占有了较高编号的资源Rh，且它继续请求的资源必然是空闲的，因而Pk可以一直向前推进直至完成，当Pk运行完成后即会释放它占有的所有资源；在Pk完成之后，剩下的进程集合中同样会存在一个进程，它占有了较高编号的资源，且它继续请求的资源必然是空闲的，因而它可以一直向前推进直至完成；以此类推，所有进程均可运行完成，故不会发生死锁。
四、应用题1．解：（1）定义二个信号量S1、S2，初值均为1，即：S1=1，S2=1（共2分）（2）从[1]到[8]分别为：P(S1)，V(S1)，P(S2)，V(S2)，P(S1) ，V(S1) ，P(S2) ，V(S2)2、解：①系统可设三个进程来完成这个任务：R进程负责从卡片输入机上读入卡片信息，输入到缓冲区B1中；C进程负责从缓冲区B1中取出信息，进行加工处理，之后将结果送到缓冲区B2中；P 进程负责从缓冲区B2中取出信息，并在打印机上印出。
②R进程受C进程影响，B1放满信息后R进程要等待——等C进程将其中信息全部取走，才能继续读入信息；C进程受R进程和P进程的约束：B1中信息放满后C进程才可从中取出它们，且B2被取空后C进程才可将加工结果送入其中；P进程受C进程的约束：B2中信息放满后P进程才可从中取出它们，进行打印。
③信号量含义及初值：B1full —— 缓冲区B1满，初值为0；B1empty ——缓冲区B1空，初值为0； B2full —— 缓冲区B2满，初值为0；B2empty ——缓冲区B2空，初值为0；R 进程 C 进程 P 进程3．答：（1）full 表示放有产品的缓冲区数，初值为0；empty 表示可供使用的缓冲区数，初值为N ；mutex 为互斥信号量，初值为1，表示互斥进入临界区。
（2）P （empty ）,P （mutex ）,V （mutex ）,V （full ）（3）生产者进程算法中的临界区是如下程序段：产品送往buffer （in ）;in=(in+1) mod N; /*mod 为取模运算*4．解：(1)利用银行家算法对此时刻的资源分配情况进行分析，可得此时刻的安全性分 析情况：从上述分析中可以看出，此时存在一个安全序列{P0，P3，P4，Pl ，P2}，故该状态是 安全的。
（2）P2提出请求Request2(1，2，2，2)，按银行家算法进行检查：．Request2(1，2，2，2) ≤Need2(2，3，5，6)．Request2(1，2，2，2) ≤Available(1，6，2，2)． 试分配并修改相应数据结构，资源分配情况如下：P 0 P 1 6 2 21 6 0 0 12 0 6 0 03 2 0 3 W Ne Allo 1 6 54 1 9 truetruetrue Fini Work+All．再利用安全性算法检查系统是否安全，可用资源Available （0,4,0,0）已不能满足任何进程的需要，故系统进入不安全状态，此时系统不能将资源分配给P2。
5．解：在本题中，应设置三个信号量S, So, Sa ，信号量S 表示盘子是否为空，其初值为1；信号量So 表示盘中是否有桔子，其初值为0；信号量Sa 表示盘中是否有苹果，其初 值为0。
同步描述如下：int S=1；int So=0；int Sa=0;main （）tcobeginfather （）；son （）;PP 0 0 3 2 1 0 0 0 1 2 1 7 0 4 0 0 Allo Ne Avadaughter（）；coend}father( ){while(1){P(S)；将水果放入盘中：If (放入的是桔子) V (So)；else V (Sa)：}}son( ){while(1){P(So)；从盘中取出桔子；V(S)：吃桔子；}}daughter(){while(1){P(Sa)：从盘中取出苹果；V(S)：吃苹果；}}6．解：在本题中，应设置四个信号量forkl、fork2、knifel、knife2，其初值均为1，分别表示资源叉1、叉2、刀1、刀2是否可用。