计算机操作系统（第四版）课后习题答案第二章

关键名词解释：
并发：轮流交替进行
并行：同时
PCB：进程控制块，描述进程的基本情况和活动过程，进而控制和管理进程。
进程：进程是程序的一次执行；进程是一个程序以及数据在处理机上顺序执行时所发生的活动；进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

线程：线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。”

1.什么是前趋图?为什么要引入前趋图?
是指一个有向的循环图，用于描述进程之间执行的先后顺序

2.试画出下面四条语句的前趋图:
Sl:a= x+y;
S2:b=z+1;
S3:c=a-b;
S4: w=c+1;

3.为什么程序并发执行会产生间断性特征?
程序在并发执行时，由于它们共享系统资源，以及为完成一项任务而相互合作，致使在这些并发执行的程序之间形成了相互制约的关系。这种相互制约的关系将导致并发程序具有"执行——暂停——执行"这种间断性的活动规律。

4.程序并发执行时为什么会失去封闭性和可再现性?
失去封闭性：当系统中存在多个可以并发执行的程序时，系统中的各种资源将为它们所共享，而这些资源的状态也由这些程序来改变，致使其中任一程序在运行的时候，其环境都必然会收到其他程序的影响。
不可再现性：程序经过多次执行之后，虽然它们执行时的环境和初始条件是相同的，但是得到的结果却各不相同。

5.在操作系统中为什么要引入进程的概念?它会产生什么样的影响？
为了使得程序能够并发执行，并且可以对并发执行的程序加以描述和控制。
使程序的并发得以执行

6.试从动态性、并发性和独立性上比较进程和程序。
动态性：进程实体具有一定的生命周期，程序是一组有序的指令集和。
并发性：多个进程实体同存在于内存中，且能在一段时间内同时运行。程序（没有建立PCB）是不能参与并发执行的
独立性：进程是一个独立运行，独立获得资源和独立接受调度的基本单位。没有建立PCB的程序是不能作为一个独立的单位参与运行。

7.试说明PCB的作用具体表现在哪几个方面，为什么说PCB是进程存在的唯一标志?
PCB是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构，作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，成为能与其他进程并发执行的进程。OS是根据PCB对并发执行的程序进行控制和管理的
8.PCB提供了进程管理和进程调度所需要的哪些信息?
进程管理：通用寄存器，指令计数器，程序状态字，用户栈指针
进程调度：进程状态，进程优先级，事件，其他信息

9.进程控制块的组织方式有哪几种?
线性方式、连接方式、索引方式

10.何谓操作系统内核?内核的主要功能是什么?
通常将一些与硬件紧密相关的模块（如中断处理程序等）、各种常用设备的驱动程序以及运行频率较高的模块（如时钟管理、进程调度、和许多模块所公用的一些基本操作），都安排在紧靠硬件的软件层次之中，将它们常驻内存，即通常被称为OS内核。
主要的功能是支持功能和资源管理功能。

11.试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。
就绪状态——执行状态：进程分配到CPU资源
执行状态——就绪状态：时间片用完
执行状态——阻塞状态：I/O请求
阻塞状态——就绪状态：I/O完成

12.为什么要引入挂起状态?该状态有哪些性质?
终端用户的需要、父进程的请求、负荷调节的需要、操作系统的需要，对换需要。

13.在进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有哪些?
进程当前暂存的信息，下一个指令地址信息，进程状态信息，过程和系统调用地址信息。

14.试说明引起进程创建的主要事件。
系统出现创建新进程的请求：用户登录，作业调度，提供服务，应用请求

15.试说明引起进程被撤消的主要事件。
正常结束，进程的任务已经完成，准备退出运行
异常结束，进程在运行时发生了某种异常事件，使得程序无法继续运行。（越界错误、等待超时、特权指令错误。。。）
外界干预，进程外界的请求终止运行（操作员或者操作系统干预、父进程请求、父进程终止）

16.在创建一个进程时所要完成的主要工作是什么?
①OS发现请求创建新进程事件后，调用进程创建原语。
②申请空白的PCB。
③为新的进程分配资源
④初始化进程控制块
⑤将新的进程插入就绪队列

17.在撤消一个进程时所要完成的主要工作是什么?
①根据被终止进程的标识符，从PCB集合中检索出该进程的PCB，从中读出该进程的状态。
②若被终止的进程正处于执行状态，应该立即终止该进程的执行，并置调度标志为真，用于指示该进程正处于执行状态。
③若进程还有子孙进程，还应该将其所有子孙进程也都予以终止，以防它们称为不可控的进程。
④将被终止进程所拥有的全部资源或者归还给其父进程，或者归还给系统。
⑤将被终止进程（PCB）从所在队列（或链表）中移出，等待其他程序来搜集信息。

18.试说明引起进程阻塞或被唤醒的主要事件是什么?
向系统请求共享资源失败
等待某种操作的完成
新数据尚未到达
等待新任务的到达

19.为什么要在OS中引入线程?
引入进程是为了多个程序能并行执行，以提高资源利用率和系统吞吐量。
引入线程是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS有更好的并发性。

进程是分配资源的基本单位，线程是系统调度的基本单位。

20.试说明线程具有哪些属性?
轻型实体，独立调度和分派的基本单位，可以并发执行，共享进程资源

21※试以调度性、并发性、拥有资源及系统开销方面对进程和线程进行比较
并发性：进程可以并发执行，一个进程的多个线程也可以并发执行。
调度性：线程在OS中作为调度和分配的基本单位，进程只作为资源拥有的单位。
拥有资源：进程始终是拥有资源的基本单位，线程只是拥有运行时必不可少的资源，本身基本不拥有系统资源，但是可以访问隶属的进程资源。
系统开销：操作系统在创建，撤销，切换进程时付出的开销显著大于线程。

22.线程控制块TCB中包含了哪些内容?
线程标识符，一组寄存器，线程运行状态，优先级，线程专有存储区，信号屏蔽，堆栈指针

23.何谓用户级线程和内核支持线程?
用户级别线程：线程的创建，阻塞，撤销和切换等是在用户空间中实现的。不需要内核的支持。
内核级支持线程：它的创建，阻塞，撤销和切换等都是在内核空间实现的

24.试说明用户级线程的实现方法。
用户级线程是在用户空间中实现的。运行在“运行时系统”与“内核控制线程”的中间系统之上。运行时系统用于管理和控制线程的函数的集合。内核控制线程或者轻型进程LWP可通过系统吊哦用获得内核提供服务，利用LWP进程作为中间系统。

25.试说明内核支持线程的实现方法。
系统在创建新的进程时，分配体格任务数据区PTDA，其中包括若干个线程控制块TCB空间，创建一个线程分配一个TCB，有关信息写入TCB，位置分配必要的资源。当PTDA的TCB用完，而进程又有新的进程时，只要创建的线程数目未超过系统的值，系统可为之分配新的TCB；在撤销一个线程时，也应该回收线程所有的资源和TCB。

26.多线程模型有哪几种类型?多对一模型有何优缺点?
多对一模型，一对一模型和多对多模型。
多对一：缺点是一个线程在访问内核时发生阻塞，则整个进程都会被阻塞。此外，在任一时刻，只有一个线程能够访问内核，多个线程不能同时在多个处理机上运行。

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