操作系统课后答案第二章
**第二章 进程的描述与控制**
第二章 进程的描述与控制
1、什么是前驱图？为什么要引入前驱图？
答：前驱图：前驱图是一个有向，不循环图。用于描述进程之间执行的先后关系。图中每个点可以表示一个程序段、进程，乃至一条语句；结点间的有向边则用来表示两个结点之间存在的偏序或前趋关系。
原因：引入前趋图可以形象地表示进程之间的前后关系和顺序，可以更好的描述进程的顺序和并发执行。
2、
3、为什么程序并发执行会产生间断性特征？
答：程序在并发执行时，由于他们共享系统资源，以及为完成某一项任务相互合作，致使这些并发执行的程序之间，形成了相互制约的关系，从而产生间断性特征。
相互制约导致并发程序有“执行-暂停-执行”这种间断性的活动规律。
4、程序并发执行为什么会失去封闭性和可再现性？
答：程序在并发执行时，是多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态将由多个程序来改变，致使程序的运行失去了封闭性。这样，在某个程序执行时，必然会受到其他程序的影响，而这也导致其失去可再现性。即程序经过多次执行后，虽然他们执行时的环境和初始条件相同，得到的结果却不相同。
5、操作系统为什么要引入进程的概念？会产生什么影响？
答：原因：
在多道程序环境下，程序的执行属于并发执行，此时他们将失去封闭性，并具有间断性和结果不可再现性的特征，这也决定了通常的程序是不能参加并发执行的，因为程序的执行结果是不可再现的，这样，程序的运行也就失去了意义。这样，为了对并发的程序加以控制和描述，引入了“进程”的概念。
影响：
进程是进程实体的运行过程，进程是系统进行资源分配和处理机调度的独立单位，进程的引入使得程序的并发执行得以实现。
6、试从动态性，并发性，独立性上比较进程和程序
答：进程是：动态性、能并发执行、高度独立性。程序是：静态、不能并发执行、没有独立性。
动态性：进程是进程实体的一个执行过程，动态性是进程最基本的特征。动态性表现在“由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡”。可见，进程实体具有一定的生命周期。程序知识一组有序指令的集合，存放于某种介质上，其本身并不具有动态的含义，因而是静态的。
并发性：并发性是指多个进程实体同时存在于内存中，在一段时间内同时运行，并发性是进程最重要的特征，同时也成为OS最重要的特征，引入进程的目的就在于为了使进程实体和其他进程实体能并发执行。而程序并发执行会失去封闭性，而且具有间断性和结果不可再现性的特征，这使得程序不能参加并发执行，因为程序的执行结果是不可再现的，这样，程序的运行也就失去了意义。
独立性：进程实体是一个能独立运行、独立分配资源和处理机调度的基本单位。具有高度的独立性。但凡未建立PCB的程序都不能作为一个独立的单位参与运行。
7、试说明PCB的作用具体表现在那几个方面，为什么说PCB是进程存在的唯一标志？
答：作用：（1）进程控制块是进程实体中的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。（2）PCB记录了操作系统所需要的进程控制和进程调度的全部信息。（3）进程控制块（PCB）使得在一个多道程序环境下不能独立运行的程序（含数据）成为一个独立运行的基本单位，并且能和其他进程并发执行。
PCB是进程存在的唯一标志：（1）在进程的整个生命周期，操作系统是通过PCB控制进程。（2）系统是通过PCB而感知到进程的存在的。
8、PCB提供了进程管理和调度的哪些信息？
答：1）进程标识符：（1）外部标识符（2）内部标识符（3）进程标识符唯一地标识一个进程，一个进程通常有外部标识符和内部标识符两种，分别用来方便用户对进程的访问和系统对进程的访问。
2）进程控制信息，进程控制所必须的信息：（1）资源清单（2）程序地址（3）进程同步通信机制（4）链接指针
3）进程调度信息：（1）进程状态（2）优先级（3）进程调度所需其他信息（4）事件
4）处理机状态：处理机状态信息也称处理机的上下文，用来处理处理机各种寄存器的状态。
9、进程控制块的组织方式？
答：线性、索引、链式
10、什么是操作系统内核？内核的主要功能
答： 定义：操作系统内核是指大多数操作系统的核心部分，由操作系统用于存储器管理、文件、外设、和系统资源的那些部分组成。操作系统内核通常运行进程，并提供进程间的通信。
功能：1）支撑功能1. 中断处理2. 时钟管理3. 原语操作
2）资源管理功能1. 进程管理2. 设备管理3. 存储器管理
11、试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因？
答：（1）就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源
（2）执行状态→就绪状态：时间片用完
（3）执行状态→阻塞状态：I/O请求
（4）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？
答：（1）用户需要（2）父进程需要（3）调节负荷需要（4）操作系统需要
性质：被挂起的进程是处于静止状态，并不能直接被处理及调度。
13、在进程切换时，要保存CPU那些信息？
答：处理机的状态主要由处理机的各种寄存器中的内容组成，处理机在运行时许多信息都存放在寄存器中，当处理机被中断时，这些信息都必须保存在PCB中，进程重新执行时，能从断点继续执行。
(1)通用寄存器，用户进程可以访问，用于暂存信息(2)指令寄存器，存放要访问的下一条指令的地址(3)进程状态字PSW，含有状态信息，状态码…(4)用户栈指针
14、进程创建的主要事件？
答：用户登录、作业调度、提供服务、应用请求
15、引起进程被撤销的主要事件？
答：正常结束、异常结束、外界干预
16、创建一个进程所要完成的工作是什么？
答：申请空白PCB、为新进程分配资源、初始化进程控制块、将新进程插入就绪队列
17、撤销一个进程所要完成的工作是什么？
答：如果系统中发生了要求终止进程的某事件，OS便调用进程终止原语：（1）根据被终止的进程标识符，从PCB检索出进程状态（2）如果处于执行状态，立即终止该进程的执行，并且置调度标志为真，指示该进程被终止后可以被重新调度（3）若进程还有子进程，应该将所有的子孙进程全部终止，防止他们成为不可控进程（4）将被终止进程所拥有的全部资源，或者归还给父进程或者归还给系统
（5）将被终止进程PCB从所在队列或者链表移除，等待其他程序搜集信息
18、试说明引起进程阻塞或者被唤醒的主要事件是什么？
答： 阻塞：（1）请求服务：正在执行的进程请求操作系统提供服务时，由于某种原因，操作系统并不能立即满足该进程的要求时，进程就会变为阻塞状态来等待。（2）启动某种操作：进程启动某种操作以后，若进程必须在该操作完成后才能继续执行，则必须先使该进程阻塞，等待该操作的完成。（3）新数据尚未到达：对于相互合作的进程，如果其中的一个进程需要先获得另一（合作）进程提供的数据才能对数据进行处理，只要新数据尚未到达，进程只能阻塞（等待）。（4）无新工作可以做：系统往往会设置一些具有某种特定功能的系统进程，每当这种进程完成任务后，便把自己阻塞起来等待新任务的到达。
唤醒：相应的请求得到了满足，便会被唤醒。
19、为什么要在OS中引入线程？
答：（1）使多个程序能并发执行，提高资源利用率和系统吞吐量
（2）减少程序在并发执行时的时空开销，使OS具有更好的并发性
20、试说明线程有哪些属性？
答：（1）轻型实体（2）独立调度和分派的基本单位（3）可并发执行（4）共享进程资源：同一进程中的线程可以共享进程所拥有的资源，表现在所有线程都拥有相同的地址空间。
21、试从调度性、并发性、拥有资源、时空开销比较进程和线程
答：进程：资源拥有的基本单位、进程的切换会引起线程的切换、进行间并发执行、系统中拥有资源的基本单位、大
线程：OS调度和分派的基本单位、同一进程线程的切换不会引起进程的切换、同一进程的线程也可以并发执行，具有更好的并发性、线程自己不拥有资源，只拥有一点必不可少的资源，可以共享其隶属进程的资源，即进程的数据段、代码段和所拥有的系统资源。
22、线程控制块TCB中包含了哪些内容？
答：（1）线程标识符（2）一组寄存器，包括程序计数器、状态计数器、通用寄存器（3）线程运行状态（4）优先级(5)线程专有存储区(5)信号屏蔽(6)堆栈指针
23、何谓用户级线程和内核支持线程？
答： 用户级线程：线程的创建、撤销、线程之间的同步通信功能，都无需利用系统调用来实现。对于用户级线程的切换，通常发生在一个应用程序的诸多线程之间，不需要内核的支持，由于切换的规则比线程切换简单，线程的切换速度特别快。这种线程与内核无关
内核支持线程：在内核的支持下运行，无论是用户进程中的 线程，还是系统中的线程，他们的创建、撤销、切换都是依靠内核，在内核空间实现。内核空间为每一个内核线程设置一个线程控制块，内核根据线程控制块来感知某线程的存在，并对其加以控制。
24、试说明用户线程的实现方法？
答：用户线程是在用户空间实现的，他们都运行在一个中间系统的运行时系统上面，有两种方式实现中间系统，即运行时系统和内核控制线程。（1）运行时系统：运行时系统实质上是用于管理和控制线程的函数（过程）的集合，其中包括用于创建和撤销线程的函数，线程同步和通信的函数，以及实现线程调度的函数。正因为有这些函数才能使用户级线程和内核无关，运行时系统的所有函数都驻留在用户空间。
（2）内核控制线程：内核控制线程可以通过系统调用来获得内核的服务，当一个用户级线程运行时，只要连接到一个内核控制线程（LWP），它便具有了内核支持线程的全部属性。
25、试说明内核支持线程的实现方法？
答：系统在创建新进程时，分配一个任务数据区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，为之分配必要的资源。当PTDA中的TCB用完，而进程又有新线程时，只要所创建的线程数目未超过系统允许值，系统可在为之分配新的TCB；在撤销一个线程时，也应回收线程的所有资源和TCB。
26、多线程模型有哪几种类型？多对一模型有何优缺点？
答：多对一模型、一对一模型和多对多模型。
缺点：如果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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