计算机操作系统（慕课版）第二章课后题答案

一、简答题
(1)什么是前趋图？试画出下面四条语句的前趋图.
S1：a=x+y；
S2：b=z+1；
S3：c=a-b；
S4：w=c+1；

答：前趋图(Precedence Graph)是一个有向无循环图，记为DAG(DirectedAcyclicGraph)，用于描述进程之间执行的前后关系。

(2)什么是进程? OS中为什么要引入进程?它会产生什么样的影响?

答：进程: 一段可并发执行的具有头独立功能的程序，是关于某个数据集的一次执行过程。也是os进行资源分配和保护的基本单位 影响:
实现多个程序的并发执行(传统的程序不能与其他程序并发执行，只有在为之创建了进程后，其才能与其他程序并发执行)。极大提高了资源利用率和系统吞吐量

(3)进程最基本的状态有哪些?哪些事件可能会引起不同状态间的转换?

答：运行态、就绪、阻塞
1.运行→等待:等待使用资源或某事件发生
2.等待→就绪:资源得到满足或某事件已经发生
3.运行→就绪:时间片到，或者有更高优先级进程到达
4.就绪→运行:CPU空闲时间调度选中一个就绪进程需要其运行

(4)为什么要引入进程的挂起状态?

答：挂机，实际上就是一种静止状态。被挂起后，无论是否处于就绪状态，系统都不会分配处理机。引入挂起的原因:①终端用户的需要②父进程请求③负荷调节的需要④os的需要

(5)叙述组成进程的基本要素，并说明它们的作用。

答：基本要素:PCB、程序块、数据块、堆栈
作用:PCe的作用是进程创建时建立PCB、进程撒销时回收PCB;程序块即被执行的程序;数据块即程序运行时需加工处理的对象;堆栈:每个进程都将捆绑一个堆栈

(6）请给出PCB的主要内容。描述当进程状态发生转换（就绪一运行、运行一阻塞)时、Os需要使用/修改PCB的哪些内容?

答：PCB主要用于描述进程的基本情况以及进程的运行变化过程，是进程存在的唯一标志。 PCB的内容可以分成【调度信息】和【现场信息】两部分
PCB的内容:进程名、进程号、存储信息、优先级、当前状态、资源清单、家族关系、消息队列指针等。
现场信息:用于保留运行进程所需保存的CPU现场信息。内容包括通用寄存器、控制寄存器的内容等等
Os需要使用/修改的PCB内容包括:就绪→运行;运行→就绪

(7)试说明引起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

(8)在创建一个进程时，os需要完成的主要工作是什么?

答：调用进程创建原语→申请一个空白PCB→填写用于控制和管理进程的信息→分配运行时所需的资源→把PCB转入就绪状态→插入到就绪队列中

(9)试说明引起进程终止的主要事件。

答：正常结束、异常结束、外界干预

(10）在终止一个进程时，os要完成的主要工作是什么?

答：(1）根据被终止进程标识符．从PCB集中检索出指定进程的PCB
(2）若被终止进程处于执行状态，则立即终止该进程的执行，置调度标志为真，用于指示该进程被终止后应重新进行调度;(3）若该进程还有子孙进程，则将其所有子孙进程也都予以终止以防它们成为不可控的进程;
(4）将被终止进程拥有的全部资源或者归还给其父进程，或者归还给系统;
(5）将被终止进程的PCB从所在队列或链表中移出等待其他程序来搜集信息。

(11)试说明引起进程阻塞或被唤醒的主要事件。

答：①向系统请求共享资源失败(运行→阻塞) ②等待完成某种操作（阻塞) ③尚未到达新的数据（阻塞) ④等待到达新任务(阻塞)

(12）试比较进程间的低级与高级通信工具

答：低级通信工具:效率低，通信对用户不透明，所有的操作必须由程序员实现 高级通信工具:直接利用Os提供的—组通信命令来高效地传送大量数据

(13)当前有哪几种高级通信机制?

答案：①共享存储器系统通信机制 ②管道通信系统通信机制 ③消息传递系统通信机制 ④客户机-服务器系统通信机制

(14)试说明使用管道文件( pipe文件)进行通信的优缺点。

答：优点:进程间可以不断传送大量信息，且无需占用宝贵的内存控件
缺点:进程间地信息传递需要启动读/写磁盘，相对于消息缓冲队列而言通信速度缓慢;需要时间开销

(15）试比较直接通信方式和间接通信方式。

答：【发送原语和接收原语的区别】 直接通信: send(receiver , message) receive(sender ,
message)简介通信: send(mailbox , message) receive(mailbox , message)
【提供给对方的标识符、通信链路、实时性】

(16)为什么要在OS中引入线程?

答：为了减少进程在并发执行时所付出的时空开销
进程是分配资源的基本单位，线程是系统调度的基本单位〈即进程还是作为资源分配的基本单位，但是不作为调度的基本单位)

(17)试说明线程的属性。

答：线程是一个轻型实体、可独立调度和分派的基本单位;线程可并发执行，可以共享所属进程的资源

(18)何谓用户级线程和内核支持线程?

答：用户级线程:仅存在于用户空间中的线程，无需内核支持，无需利用系统调用实现
内核支持线程:在内核支持下运行的线程，在内核空间中每个内核还被设置了TCB线程控制块

(19)用户级线程和内核支持线程有何区别?

答：用户级线程:用户空间中，TCB在用户空间中，用户空间中完成对线程的操作，可以在不支持线程的OS中实现，CPU执行时间相对于内核线程更少
内核支持线程:内核支持下，TCB在内核中，系统功能调用相应的程序，必须在支持线程的oS实现，可以得到更多的CPu执行时间

(20)试说明用户级线程和内核支持线程的实现方法。

答：用户级线程:运行在【运行时系统】和【内核控制线程】的中间系统上。
内核支持线程:分配任务数据区PTDA，包括若干个TCB空间一创建一个线程则分配一个TCB→写入信息到TCB，分配必要资源。当PTDA中的TCB用完，而进程又有新的线程时，只要所创建的线程数目未超过系统允许值，则系统可再为之分配新的TCB。

二、综合应用题
(21）试从调度、并发、拥有资源和系统开销这4个方面对传统进程和线程进行比较。

答：(1)调度性：在传统的操作系统中，拥有资源的基本单位独立调度和分派的基本单位都是进程，而在引入线程的操作系统中，把线程作为调度和分派的基本单位进程，只是拥有资源的基本单位，而不再是调度和分派的基本单位。

(2)并发性：在引入进程的操作系统中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间亦可并发执行，因此，比传统的操作系统具有更好的并发性。

(3)拥有资源：在这两种操作系统中，拥有资源的基本单位都是进程，线程除了一点在运行中必不可少的资源，本身并不拥有系统资源，但他可共享其隶属进程的资源。

(4)独立性：每个进程都能独立的申请资源和独立运行，但是同一进程中的不同线程则共享进程的内存地址空间和资源，他们之间的独立性比进程之间的独立性低。
(5)系统开销：在创建或撤销进程时，系统都要为之配和回收资源，在进程切换时所要保存和设置的线程信息也明显多于线程，因此，操作系统在创建、撤销和切换进程时所付出开销显著大于线程。

(22)（考研真题）
(1）为支持多进程的并发执行，系统必须建立哪些关于进程的数据结构?

答:PCB(进程控制块)、队列结构(就绪队列、等待队列、运行指针)

(2）为支持进程状态的变迁，系统至少应提供哪些进程控制原语?

答:创建、阻塞、唤醒、撤销原语

(3）在执行每一个进程控制原语时，进程状态会发生什么变化?相应的数据结构会发生什么变化?

答:①创建原语:创建PCB并初始化→进程变为就绪状态，加入到就绪队列 ②阻塞原语:运行变为阻塞状态→阻塞进程的PCB插入相应的阻塞队列
③唤醒原语:阻塞变为就绪状态→阻塞队列中删除该进程，插入到就绪队列中 ④撤撒销原语:运行变为消亡状态→系统撤销该进程的PCB