1、第1章 操作系統(tǒng)引論1.什么是 馮?諾依曼計(jì)算機(jī)工作模型？馮?諾依曼計(jì)算機(jī)工作模型或存儲(chǔ)程序工作模型:1)存儲(chǔ)器用來(lái)容納程序和數(shù)據(jù)；2)程序由指令組成，并和數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中;3)指令按順序、轉(zhuǎn)跳和循環(huán)三種基本方式組織;4)機(jī)器一起動(dòng)，就能按照程序指定的邏輯順序把指令從存儲(chǔ)器中讀出來(lái)逐條解釋執(zhí)行，動(dòng)完成程序所描述的處理工作;5)指令指針(CS:IP)指示當(dāng)前執(zhí)行指令，執(zhí)行完成指針會(huì)自動(dòng)調(diào)整到下一條指令6)當(dāng)前指令指針指向的內(nèi)存中程序，被認(rèn)為擁有機(jī)器控制權(quán);7)任何計(jì)算機(jī)都擁有自己的一套基本指令系統(tǒng)，高級(jí)語(yǔ)言程序最終需經(jīng)專(zhuān)門(mén)的編譯程序， 翻譯為基本機(jī)器指令;2.簡(jiǎn)述 OS 的定義、作用和

2、主要功能。1)定義：是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)系統(tǒng)軟件；a)是一些具有如下功能的程序模塊的集合；b)能有效地組織和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源c)能合理組織計(jì)算機(jī)的工作流程，控制程序的執(zhí)行；d)能透明地向用戶(hù)提供各種服務(wù)功能， 使用戶(hù)能夠靈活、 方便地使用計(jì)算機(jī)， 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能高效地運(yùn)行。2)操作系統(tǒng)的作用a)作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者；b)作為用戶(hù)與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口；c)用作擴(kuò)充計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)；3)操作系統(tǒng)的功能： 處理機(jī)管理(進(jìn)程與線程管理)：主要任務(wù)是對(duì)內(nèi)存進(jìn)行分配、保護(hù)和擴(kuò)充；具體是：a)進(jìn)程控制：負(fù)責(zé)進(jìn)行的創(chuàng)建、撤銷(xiāo)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換b)進(jìn)程同步：對(duì)并發(fā)執(zhí)行的多進(jìn)程進(jìn)行協(xié)調(diào)c)進(jìn)程通信：負(fù)責(zé)完成

3、進(jìn)程間的信息交換d)進(jìn)程調(diào)度：按一定的算法進(jìn)行CPU分配存儲(chǔ)管理：主要任務(wù)是對(duì)內(nèi)存進(jìn)行分配、保護(hù)和擴(kuò)充；具體為：a)內(nèi)存分配：按一定的策略為每道程序分配內(nèi)存b)內(nèi)存保護(hù)：保證各程序在自己的內(nèi)存區(qū)域內(nèi)運(yùn)行不受其它并發(fā)執(zhí)行程序影響。c)內(nèi)存擴(kuò)充：為允許大型作業(yè)或多作業(yè)并發(fā)運(yùn)行，必須借助虛擬存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)獲得更大“虛擬”內(nèi)存設(shè)備管理：是OS中最龐雜、最瑣碎部分；具體為：a）設(shè)備分配：按一定原則對(duì)設(shè)備進(jìn)行分配。為使設(shè)備能與主機(jī)并行工作，需大量采用 緩沖技術(shù)和虛擬技術(shù)b）設(shè)備傳輸控制：實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備的I/O操作，包括啟動(dòng)、中斷處理和結(jié)束處理等操作。 文件管理：OS中負(fù)責(zé)信息使整個(gè)管理部分稱(chēng)為文件系統(tǒng)；a）文件

4、的存儲(chǔ)空間管理（分配、回收）b）目錄管理：目錄是為方便文件管理而采用的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它能提供“按名存取” 功能。c）文件操作管理：實(shí)現(xiàn)文件的基本操作，包括打開(kāi)、關(guān)閉、讀、寫(xiě)等。d）文件保護(hù)：提供文件安全保護(hù)的有關(guān)功能和設(shè)施。3.比較：?jiǎn)蔚琅幚?OS 多道批處理 OS 分時(shí) OS 和實(shí)時(shí) OS 的基本特征。單道批處理OS:單道批處理系統(tǒng)監(jiān)督程序駐留內(nèi)存；自動(dòng)加載外部作業(yè)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)、不間斷連續(xù)運(yùn)行 但當(dāng)當(dāng)前執(zhí)行程序有I/O服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，CPU仍要空閑特征：自動(dòng)性、順序性和單道性多道批處理OS多道批處理系統(tǒng)多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)用戶(hù)提交作業(yè)先在外存排隊(duì)，然后由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從隊(duì)列中選擇若干

5、 作業(yè)載入內(nèi)存，并允許它們并發(fā)（交替）執(zhí)行；引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后，可帶來(lái)如下的好處；提高系統(tǒng)（CPU內(nèi)存和I/O設(shè)備）的利用率；充分發(fā)揮CPU與外設(shè)并行工作的能力;提高系統(tǒng)的吞吐率；特征：多道性、無(wú)序性和調(diào)度性?xún)?yōu)缺點(diǎn)及需要解決的問(wèn)題分時(shí)OS:分時(shí)操作系統(tǒng)形成和發(fā)展的動(dòng)力：實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；共享或充分利用主機(jī)；便于用戶(hù)上機(jī)分時(shí)OS實(shí)現(xiàn)要解決的關(guān)鍵問(wèn)題：及時(shí)接受多路卡；每個(gè)終端配備可暫存用戶(hù)命令的緩沖區(qū)及時(shí)處理 所有用戶(hù)作業(yè)要直接進(jìn)入內(nèi)存； 每個(gè)用戶(hù)（作業(yè)）應(yīng)在較短的時(shí)間內(nèi)得到響應(yīng)處理的“時(shí)間片”； 分時(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法單道分時(shí)處理系統(tǒng) 具有“前臺(tái)”和“后臺(tái)”的分時(shí)系統(tǒng) 支持多道程序設(shè)計(jì)的分時(shí)系統(tǒng)特征

6、 ：多路性、獨(dú)立性和交互性；實(shí)時(shí)OS：實(shí)時(shí)OS的引入目的（主要應(yīng)用領(lǐng)域）1）實(shí)時(shí)控制實(shí)時(shí)信息處理要求對(duì)信息進(jìn)行及時(shí)處理2）實(shí)時(shí)任務(wù)的類(lèi)型按是否有周期性劃分； 按截止時(shí)間要求嚴(yán)格與否劃分（硬、軟任務(wù)）；3）實(shí)時(shí)系統(tǒng)的基本特征具有多路性、獨(dú)立性、交互性、及時(shí)性和可靠性等特征.補(bǔ)充題： 試從交互性、 及時(shí)性和可靠性方面， 將分時(shí)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行比較分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)在交互性、及時(shí)性和可靠性方面存在較大差別：（1）從交互性方面來(lái)看，分時(shí)系統(tǒng)的目的是滿(mǎn)足多用戶(hù)交互的血藥，因此，交互性是分時(shí) 系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，用戶(hù)可以通過(guò)終端與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)。而實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的交互性 僅限于訪問(wèn)系統(tǒng)中的某些專(zhuān)用服務(wù)程序

7、，其交互性受到了限制。（2）從及時(shí)性方面來(lái)看，在分時(shí)系統(tǒng)中它指的是系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間是以人能夠接受的等待時(shí) 間為標(biāo)準(zhǔn)的，一般為2-3秒；而在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中則是以控制過(guò)程或信息處理中能夠接受的 延遲為準(zhǔn)，往往是秒級(jí)、百毫秒級(jí)甚至毫秒級(jí)或更低，是實(shí)時(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵因素之一。（3）從可靠性方面來(lái)看，在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的人任何差錯(cuò)都可能帶來(lái)巨大的損失，為此，往往 需要采取多級(jí)容錯(cuò)措施來(lái)保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全可靠。分時(shí)系統(tǒng)也有可靠性要求但相對(duì) 較低。4.簡(jiǎn)述目前研究/學(xué)習(xí) OS 的兩種主要觀點(diǎn)（虛擬觀點(diǎn)和資源管理觀點(diǎn)）。1）虛擬觀點(diǎn)：是對(duì)OS種由頂向下的俯視。裝有OS的計(jì)算機(jī)極大地?cái)U(kuò)展了原有計(jì)算機(jī)的功能。把包含由各種硬件、

8、復(fù)雜底層操作 細(xì)節(jié)隱藏起來(lái)，使得用戶(hù)的操作和使用，由復(fù)雜變得簡(jiǎn)單，由低級(jí)操作變?yōu)楦呒?jí)操作， 把基本功能擴(kuò)展為多種功能。在裸機(jī)上裝上OS后，對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)好像是得到了一個(gè)擴(kuò)展的，使用更方便的計(jì)算機(jī)。2）資源觀點(diǎn)：是目前對(duì)OS描述的主要觀點(diǎn)，是一種對(duì)OS功能位置由底向上的觀察的觀點(diǎn)。把資源分為軟、硬件資源，硬件資源又包括CPU主存、輸入輸出設(shè)備。相應(yīng)的OS就有處理機(jī)管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理，和針對(duì)軟信息資源一文件的磁盤(pán)管理/文件管理5.為什么說(shuō) OS 極大擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)的功能？裝有OS的計(jì)算機(jī)極大地?cái)U(kuò)展了原有計(jì)算機(jī)的功能，原因如下：OS把包含由各種硬件、復(fù)雜底層操作細(xì)節(jié)隱藏起來(lái)，使得用戶(hù)的操作和使用，由

9、復(fù)雜變得簡(jiǎn)單，由低級(jí)操作變?yōu)楦呒?jí)操作，把基本功能擴(kuò)展為多種功能。在裸機(jī)上裝上OS后，對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)好像是得到了一個(gè)擴(kuò)展的，使用更方便的計(jì)算機(jī)。第2章進(jìn)程的描述與控制1.針對(duì)：1）單任務(wù) OS 環(huán)境下程序順序執(zhí)行，2）多任務(wù) OS 環(huán)境下的多道程序并發(fā)執(zhí)行，試分析它們分別具有哪些特征？為什么？1）單任務(wù)OS環(huán)境下程序順序執(zhí)行：?jiǎn)稳蝿?wù)環(huán)境下的“可執(zhí)行”程序未執(zhí)行前的程序是可執(zhí)行格式的二進(jìn)制程序文件，通常被持久存儲(chǔ)在外存（磁盤(pán)）中；程序被加載到主存并獲得CPU控制權(quán)后，將按其中指令所規(guī)定的邏輯順序被依次執(zhí)行；邏輯順序結(jié)構(gòu)：順序、選擇、重復(fù)（循環(huán)）通常可采用或引入前驅(qū)圖節(jié)點(diǎn)+有向邊，來(lái)描述程序中不同單元或

10、程序段之間的關(guān)系；以實(shí)模式執(zhí)行，具有最大的權(quán)限，可存取控制所有計(jì)算機(jī)軟硬資源；程序執(zhí)行具有以下基本特點(diǎn)：順序性封閉性（結(jié)果）可再現(xiàn)性。2）多任務(wù)OS環(huán)境下的多道程序并發(fā)執(zhí)行：多道程序并發(fā)執(zhí)行情況示例i -本例中，程序片段S1與S2可并發(fā)執(zhí)行并發(fā)可有效提高系統(tǒng)的吞吐量 多道程序并發(fā)執(zhí)行的特征：間斷性（切換執(zhí)行）S2失去封閉性（共享系統(tǒng)的資源）卜結(jié)果不可再現(xiàn)性 為有效管理和調(diào)度多道并發(fā)執(zhí)行程序 須引入可完整描述每道執(zhí)行中程序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該思想逐步進(jìn)化完善進(jìn)程（process）概念。2.深入理解進(jìn)程的概念，試說(shuō)明進(jìn)程的基本特征及現(xiàn)代OS中引入進(jìn)程的意義。提示：進(jìn)程是現(xiàn)代 OS 最重要的概念之一，是為

11、了能有效管理（正在被并 發(fā)執(zhí)行的）每道程序而必須引入的特別概念，或特別數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。進(jìn)程的基本特征：用戶(hù)空間是進(jìn)程的一個(gè)最主要特征!獨(dú)立性： 每個(gè)進(jìn)程具有自己相對(duì)獨(dú)立的地址空間，除非通過(guò)進(jìn)程通信手段，否則不能相互影響 結(jié)構(gòu)性進(jìn)程空間是結(jié)構(gòu)化的、分段組織的；動(dòng)態(tài)性 是或包含可在其地址空間中活動(dòng)的執(zhí)行體對(duì)象 并發(fā)性，也稱(chēng)異步性在同一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中允許同時(shí)存在多個(gè)進(jìn)程，微觀上它們可能是交替執(zhí)行；但宏觀 上看，則似乎在同時(shí)獨(dú)立運(yùn)行。操作系統(tǒng)引入進(jìn)程的意義：進(jìn)程是現(xiàn)代OS最重要的概念之一 進(jìn)程的管理、切換及調(diào)度，與保護(hù)模式密切相關(guān)， 需要有保護(hù)模式知識(shí)，才能清晰 理解進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。執(zhí)行進(jìn)程切換的

12、相關(guān)代碼，被統(tǒng)稱(chēng)為OS的進(jìn)程調(diào)度模塊1） 通常被運(yùn)行在比 “進(jìn)程”更高的層級(jí)上；2） 現(xiàn)代OS的調(diào)度代碼，通常不是一個(gè)集中的模塊， 而是由分散在內(nèi)核多個(gè)位置的 若干代碼片段構(gòu)成；3.在引入進(jìn)程的OS中，進(jìn)程與（二進(jìn)制可執(zhí)行）程序這兩個(gè)概念的區(qū)別與聯(lián)系。 進(jìn)程與程序的區(qū)別：程序是靜態(tài)的,是有序代碼的集合,是進(jìn)程的定義和說(shuō)明對(duì)應(yīng)著一個(gè)持久外存文件， 具有外存文件的性質(zhì)（創(chuàng)建/復(fù)制/刪除.）。進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的、暫時(shí)的，是程序的一次執(zhí)行，通常不能在計(jì)算機(jī)之間遷移。 進(jìn)程與程序的組成不同：進(jìn)程組成包括代碼段、數(shù)據(jù)段和控制塊。 多進(jìn)程實(shí)體可以同時(shí)存放在內(nèi)存中并發(fā)執(zhí)行，而程序不能正確并發(fā)執(zhí)行。 進(jìn)程是一個(gè)能夠獨(dú)

13、立運(yùn)行、 獨(dú)立分配資源的和獨(dú)立接受調(diào)度的基本單位。 而程序不能在 多道程序環(huán)境下獨(dú)立運(yùn)行。進(jìn)程與程序不是意義對(duì)應(yīng)的關(guān)系。進(jìn)程與程序密切關(guān)聯(lián)：通過(guò)多次加載執(zhí)行， 一個(gè)程序可對(duì)應(yīng)多個(gè)進(jìn)程； 通過(guò)調(diào)用關(guān)系， 一個(gè)進(jìn)程可涉及多個(gè)程 序。4. 理解 PCB 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的主要屬性域及作用。一個(gè)已被掛起的進(jìn)程，它的PCB是否會(huì)被交換到外存？ PCB 被保存在系統(tǒng)空間可交換區(qū)、系統(tǒng)空間不可交換區(qū)，還是進(jìn)程用戶(hù)空間？1）PCB數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要屬性域及作用：PCB是操作系統(tǒng)內(nèi)核中一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要表示進(jìn)程狀態(tài)，是在系統(tǒng)空間不可交換區(qū)中。PCB主要內(nèi)容：進(jìn)程描述信息：PID,NAME, USERID,PROCESS

14、GROUP處理器現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)信息：CPU內(nèi)部各寄存器；進(jìn)程控制信息：當(dāng)前狀態(tài)、優(yōu)先級(jí)、代碼執(zhí)行入口地址、程序外存地址、運(yùn)行統(tǒng)計(jì) 信息（執(zhí)行時(shí)間、調(diào)度次數(shù)、頁(yè)面調(diào)度）；資源占用信息列表，打開(kāi)資源對(duì)象句柄表；用于進(jìn)程間同步與通信的相關(guān)信息字段；指向進(jìn)程虛空間使用分配描述表指針（PCB-AddressSpace ）；（注意，因頁(yè)目錄/頁(yè)表占空間 較大，雖位于系統(tǒng)空間但不能安排在核心，即?PCB頁(yè)掛起進(jìn)程頁(yè)表可能會(huì)被SWAP1U外存！）PCB的主要作用：與進(jìn)程有關(guān)的信息被集中存儲(chǔ)在這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，它將程序變成了可并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程。2） 個(gè)已經(jīng)被掛起的進(jìn)程，它的PCB會(huì)被SWA交換到外存。5.什么是進(jìn)程的運(yùn)行

15、、就緒、阻塞和掛起狀態(tài)？試描述進(jìn)程的五狀態(tài)、七狀態(tài) 轉(zhuǎn)移變化圖。1）進(jìn)程的狀態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)：一個(gè)進(jìn)程已得到CPU其程序正在CPU上執(zhí)行；就緒狀態(tài)：進(jìn)程已獲得除CPU以外的所有必要資源，只要得到CPU便可立即執(zhí)行；阻塞狀態(tài)：正在執(zhí)行的進(jìn)程因?yàn)槟撤N事件（如I/O請(qǐng)求）的發(fā)生二暫時(shí)無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行，只有 等相應(yīng)的事件完成后才能去競(jìng)爭(zhēng)CPU掛起狀態(tài)：其實(shí)質(zhì)是使進(jìn)程不能繼續(xù)執(zhí)行，及時(shí)掛起后的進(jìn)程處于就緒狀態(tài)，它也不能參與CPU的競(jìng)爭(zhēng)。2）進(jìn)程的五狀態(tài)轉(zhuǎn)移變化圖：Riiiiiiin遼3）進(jìn)程的七狀態(tài)轉(zhuǎn)移變化圖: 單掛起：6.請(qǐng)描述實(shí)現(xiàn)進(jìn)程創(chuàng)建和進(jìn)程結(jié)束的內(nèi)部基本處理流程。進(jìn)程創(chuàng)建的基本過(guò)程：?申請(qǐng)空白PCB（創(chuàng)

16、建內(nèi)核進(jìn)程對(duì)象）?為新進(jìn)程分配資源?創(chuàng)建進(jìn)程地址空間框架；?創(chuàng)建進(jìn)程打開(kāi)對(duì)象句柄表；?加載并映射新進(jìn)程映像到進(jìn)程用戶(hù)空間，包括分配部分物理內(nèi)存頁(yè);?在進(jìn)程用戶(hù)空間中分配進(jìn)程運(yùn)行環(huán)境控制塊（PEB）；?初始化進(jìn)程PCB和PEB?將新進(jìn)程狀態(tài)置為“就緒”，并插入就緒隊(duì)列。 進(jìn)程的終止/退出(EXIT()創(chuàng)建仆紅縮扌迅N 苗掛起壬H 起ra應(yīng)丁n隧桂起聽(tīng)雙掛起:扛?根據(jù)被終止進(jìn)程標(biāo)識(shí)，從PCB隊(duì)列中檢索出該進(jìn)程PCB從中讀出進(jìn)程狀態(tài)；?若被終止進(jìn)程處于執(zhí)行狀態(tài)，應(yīng)立即中止該進(jìn)程的執(zhí)行?修改該進(jìn)程的狀態(tài)到終止?fàn)顟B(tài)，并立即申請(qǐng)?jiān)僬{(diào)度；?若還有子孫進(jìn)程，還應(yīng)將它們終止或過(guò)繼；?釋放進(jìn)程擁有的所有資源；?釋

17、放PCB7.請(qǐng)說(shuō)明進(jìn)程與線程的區(qū)別與聯(lián)系。線程擁有獨(dú)立的用戶(hù)空間嗎？線程可以參 與資源分配嗎？1)進(jìn)程與線程的區(qū)別與聯(lián)系：a)地址空間： 不同進(jìn)程的地址空間相互獨(dú)立， 而同一進(jìn)程的各線程共享同一地址空間， 一 個(gè)進(jìn)程中的線程在另一進(jìn)程中是不可見(jiàn)的。b)通信關(guān)系：進(jìn)程間通信必須通過(guò)OS提供的進(jìn)程間通信機(jī)制，而同一進(jìn)程的線程間通信 可以通過(guò)直接讀寫(xiě)進(jìn)程數(shù)據(jù)段如全局變量進(jìn)行 (仍需要同步互斥機(jī)制保證數(shù)據(jù)訪問(wèn)的一 致性)。c)調(diào)度切換：同一進(jìn)程中的線程上下文切換比進(jìn)程上下文切換快得多。d)線程與進(jìn)程相比的主要優(yōu)點(diǎn):創(chuàng)建、終止、切換快，系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)少；通信方便 由于同進(jìn)程內(nèi)線程間共享內(nèi)存和文件資源，故可直接

18、進(jìn)行不通過(guò)內(nèi)核的通信； 系統(tǒng)允許的最大線程數(shù)限制弱得多；e)采用多線程的程序設(shè)計(jì)技術(shù)， 可以更好提高系統(tǒng)的運(yùn)行性能 (如吞吐量、 計(jì)算速度和響 應(yīng)時(shí)間等)。2)線程沒(méi)有獨(dú)立的用戶(hù)空間，同一進(jìn)程的多個(gè)線程位于同一用戶(hù)空間： 線程在用戶(hù)空間的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有自己專(zhuān)有堆棧； 有自己的運(yùn)行上下文； 有自己的線程環(huán)境塊TEB以及內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)TCBPEB在用戶(hù)空間的位置是固定的，PEB下方就是TEB,進(jìn)程中有幾個(gè)線程就有幾個(gè)TEB每個(gè)TEB占一個(gè)4KB的頁(yè)面。3)線程不可以參與資源分配：一個(gè)進(jìn)程內(nèi)可容納多個(gè)線程。 進(jìn)程仍作為參與資源分配的最基本單位， 但把線程作為調(diào) 度的最基本單位，從而達(dá)到以小的開(kāi)銷(xiāo)來(lái)提高

19、進(jìn)程內(nèi)的并發(fā)和共享程度的目的。8. 請(qǐng)說(shuō)明 windows 系統(tǒng)中與線程描述有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及線程創(chuàng)建的基本過(guò) 程。線程的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：線程的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（代表對(duì)象）：是ETHREA,是一種調(diào)度對(duì)象，它的第一個(gè)成份是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)KTHREAD也稱(chēng)為T(mén)CB;線程在用戶(hù)空間的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 有自己專(zhuān)有堆棧； 有自己的運(yùn)行上下文； 有自己的線程環(huán)境塊TEB；（PEB在用戶(hù)空間的位置是固定的，PEB下方就是TEB,進(jìn)程中有幾個(gè)線程就有幾個(gè)TEB,每 個(gè)TEB占一個(gè)4KB的頁(yè)面。） 線程的創(chuàng)建： 一般首個(gè)線程在進(jìn)程創(chuàng)建的結(jié)束階段被自動(dòng)創(chuàng)建 （由父進(jìn)程代為創(chuàng)建） ；其它線程由進(jìn)程自 己調(diào)用系統(tǒng)API函數(shù)創(chuàng)建

20、。線程創(chuàng)建的基本過(guò)程：創(chuàng)建/初始化ETHREA數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并處理好與EPROCES的關(guān)系。 為新線程分配堆棧、創(chuàng)建并初始化執(zhí)行上下文。 在所屬進(jìn)程的用戶(hù)空間中，創(chuàng)建并設(shè)置新線程TEB。進(jìn)一步設(shè)置目標(biāo)線程的KTHREAD據(jù)結(jié)構(gòu)，包括：設(shè)定新線程在用戶(hù)空間執(zhí)行入口始址。ETHREAD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有相關(guān)成份，用來(lái)存放相關(guān)地址。將其上下文中的斷點(diǎn)（返回點(diǎn)）設(shè)置成指向內(nèi)核中的一段程序KiThreadStartup，使 得該線程一旦被調(diào)度運(yùn)行時(shí)就從這里開(kāi)始執(zhí)行。將線程對(duì)象標(biāo)插入就緒隊(duì)列第3章 存儲(chǔ)管理1.說(shuō)明存儲(chǔ)管理的主要功能和目標(biāo)。1內(nèi)存分配與回收：為每個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建執(zhí)行空間，分配初始所需基本內(nèi)存，并允許進(jìn)程在

21、執(zhí)行中動(dòng)態(tài)申請(qǐng)/釋放內(nèi)存；2實(shí)現(xiàn)有效的存儲(chǔ)保護(hù)與共享；3主存擴(kuò)充（擴(kuò)充主存的大小） 引入虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，用外存擴(kuò)充主存數(shù)量，彌補(bǔ)物理內(nèi)存數(shù)量的不足；4提高主存的利用率 采用合理得當(dāng)?shù)乃惴ā⒉呗院蛿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 提高計(jì)算機(jī)資源利用率的根本途徑是采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)并發(fā)共享。2.若采用首次適應(yīng)策略和 FBC 進(jìn)行空閑分區(qū)管理的動(dòng)態(tài)分區(qū)分配描述算法。若 將首次適應(yīng)策略改為最壞適應(yīng)策略、最佳適應(yīng)策略或循環(huán)首次適應(yīng)策略，該 如何修改算法？一種典型的動(dòng)態(tài)分區(qū)分配算法/采用首次適應(yīng)算法和FBC結(jié)構(gòu)long get_block(int x, byte * p) /請(qǐng)求大小為Xint i; long y;i=1

22、;while ( FBCi.size!=0 & FBCi.size=delt) FBCi.size= y;FBCi.addr= FBCi.addr+x;return x;最壞適應(yīng)策略：此處有錯(cuò)，循環(huán)結(jié)束條件欠妥，最后應(yīng)該給FBC賦值long get_block(int x, byte * p) /請(qǐng)求大小為Xint i,j,max; long y;i=1;j=1;while ( FBCi.size!=0 & FBCi.size=x)availj+=FBCi;i+;min=avail1;for(i=1;i=max) max=availj;if (avali.size =0) p=

23、null;return 0 ;p=availi.addr;y=availi.size-x;if (y=delt) availi.size= y;availi.addr= availi.addr+x;return x;最佳適應(yīng)策略：此處有錯(cuò)，循環(huán)結(jié)束條件欠妥，最后應(yīng)該給FBC賦值(懶得改了)long get_block(int x, byte * p) /請(qǐng)求大小為Xint i,j,min; long y;i=1;j=1;while ( FBCi.size!=0 & FBCi.size=x)availj+=FBCi;i+;min=avail1;for(i=1;ij;i+) if(avai

24、li=delt) availi.size= y;availi.addr= availi.addr+x;return x;循環(huán)首次適應(yīng)策略：int i ,flag=0; /全局變量long get_block(int x, byte * p) /請(qǐng)求大小為Xlong y;if(flag=0)i=1;flag=1;while ( FBCi.size!=0 & FBCi.size=delt) FBCi.size= y;FBCi.addr= FBCi.addr+x;return x;3.歸納總結(jié)頁(yè)式存儲(chǔ)分配與管理的基本特點(diǎn)。頁(yè)式分配管理的基本思想：進(jìn)程使用線性邏輯地址LA（32位、一維、連續(xù)）

25、OS透明地將線性地址分頁(yè)，即將32位地址劃分為兩段：p=LA/頁(yè)大小;d=LA-P*頁(yè)大小OS透明地將物理內(nèi)存也按頁(yè)大小（4k）劃分一系列的頁(yè)框（frame），并進(jìn)行依次編號(hào)OS通過(guò)頁(yè)映射表（頁(yè)表），將進(jìn)程地址空間的所有邏輯頁(yè)，分別映射加載到不同的、 不必連續(xù)的物理頁(yè)框中。頁(yè)式分配的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)存分配適應(yīng)性更強(qiáng)；沒(méi)有外碎片；每個(gè)進(jìn)程浪費(fèi)空間不超過(guò)1個(gè)頁(yè)。缺點(diǎn)：仍要求程序一次性地全部裝入內(nèi)存。4.試描述帶有快表的頁(yè)式地址變換機(jī)制。由于頁(yè)表是存放在內(nèi)存中的，CPU每存取一條指令或一個(gè)數(shù)據(jù)，都要兩次訪問(wèn)內(nèi)存，第一次訪問(wèn)內(nèi)存中的頁(yè)表，以得到指令或數(shù)據(jù)所在頁(yè)對(duì)應(yīng)的內(nèi)存塊號(hào)；第二次才可以根據(jù)物理地址存取

26、指令或數(shù)據(jù)，這使得計(jì)算機(jī)的處理速度降低了近1/2。為了提高存取速度，可在地址變換機(jī)構(gòu)中增設(shè)一個(gè)具有并行查找能力的高速緩沖寄存器，又稱(chēng)為“聯(lián)想寄存器”或 “快表”，用以存放當(dāng)前被頻繁訪問(wèn)的頁(yè)面的也好和對(duì)應(yīng)的頁(yè)表項(xiàng)。在進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換時(shí)，地址變換機(jī)構(gòu)自動(dòng)將邏輯地址中的頁(yè)號(hào)并行地與快表中的所有也好 進(jìn)行比較，若其中有與此相匹配的頁(yè)號(hào)，便可以直接從快表中讀出該頁(yè)對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)，并送到物理地址寄存器中。如果在快表中未找到對(duì)應(yīng)的頁(yè)號(hào)，則仍需訪問(wèn)內(nèi)存中的頁(yè)表來(lái)進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，同時(shí)還必須將得到的頁(yè)表項(xiàng)與頁(yè)號(hào)一起裝入到快表中，若快表已滿(mǎn)，則還需根據(jù)置換算法淘汰某個(gè)快表項(xiàng)，已裝入新內(nèi)容。由于成本的關(guān)系，快表通常做得較小

27、。5.試描述引入目錄頁(yè)的、具有兩級(jí)頁(yè)表的頁(yè)式地址變換機(jī)制。針對(duì)難以找到大的連續(xù)內(nèi)存空間以存放頁(yè)表的問(wèn)題，可利用將頁(yè)表進(jìn)行分頁(yè)的辦法，使每個(gè)頁(yè)面的大小與內(nèi)存物理塊的大小相同，離散地存放在不同的物理塊中，并為之建立一張頁(yè)表（外層頁(yè)表Outer Page Table）。以32位邏輯地址空間為例， 家丁頁(yè)面大小為4kB, 若采用1級(jí)頁(yè)表結(jié)構(gòu)，須具有20位頁(yè)號(hào)占1M在采用兩級(jí)頁(yè)表結(jié)構(gòu)時(shí)，再對(duì)頁(yè)表進(jìn)行 分頁(yè)，使每個(gè)頁(yè)表中包含210個(gè)頁(yè)表項(xiàng)，此時(shí)邏輯地址結(jié)構(gòu)如下：外層頁(yè)號(hào)外層頁(yè)內(nèi)地址、頁(yè)內(nèi)地址1 丿P1P2d3122 2112 1106.說(shuō)明段式分配管理的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及段式系統(tǒng)的地址變換機(jī)制。段式分配與

28、管理的基本思想（地址變換機(jī)制）：按程序中的自然分段特性來(lái)劃分邏輯空間，形成二維地址空間。 例如，序中主程序、子程序、靜態(tài)變量、堆棧等，都是基于段的。邏輯地址形式：（段號(hào)s,段內(nèi)位移d）；低級(jí)語(yǔ)言程序中用戶(hù)可直接給出該形式地址，高級(jí)語(yǔ)言程序在編譯后也可得到這種形式地址。程序加載時(shí)，OS為所有的段分配所需內(nèi)存，每個(gè)段被分配在一個(gè)連續(xù)分區(qū)；但進(jìn)程中 的各個(gè)段可離散分配到主存的不同分區(qū)；在為每個(gè)段分配物理內(nèi)存時(shí)，采用動(dòng)態(tài)分區(qū)管理方法。段式分配管理的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)程用戶(hù)空間段描述表段長(zhǎng)|屬性|起始邏輯地址|段表項(xiàng)索引號(hào)進(jìn)程段表（Segment Table,ST）每個(gè)進(jìn)程一張（套），被放置在系統(tǒng)空間段長(zhǎng)|

29、段屬性（保護(hù)碼）|段基址進(jìn)程局部描述符表（Local Descriptor Table, LDT）描述可變分區(qū)的空閑段表（FBT或FBC_ hh用戶(hù)空間 中的一個(gè) 邏輯段加載/映射需借助:FBT或FBC7.什么是局部性原理？試說(shuō)明虛擬存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)的基本思想、技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特征。1）局部性原理：程序在執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)較短時(shí)期，所執(zhí)行的指令地址和操作數(shù)地址，將局限于一定區(qū)域內(nèi)。程序執(zhí)行活動(dòng)具有：時(shí)間局部性和空間局部性。2）虛擬存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)的基本思想：程序裝入時(shí)，不必將其全部讀入內(nèi)存，只需將當(dāng)前執(zhí)行需要的部分頁(yè)（或段）裝入內(nèi)存，就可讓程序開(kāi)始執(zhí)行。在程序執(zhí)行過(guò)程中，如需訪問(wèn)尚未在內(nèi)存的邏輯地址單元（缺頁(yè)

30、或缺段），則OS通過(guò)相應(yīng)機(jī)制將所缺頁(yè)（段）裝入內(nèi)存消除缺頁(yè)（段）故障。另一方面，OS還將暫時(shí)不用的頁(yè)（段）調(diào)出內(nèi)存，以騰出更多的可用內(nèi)存空間。 從用戶(hù)的角度看，系統(tǒng)好象提供了比實(shí)際內(nèi)存更大的存儲(chǔ)容量這種虛擬擴(kuò)展的存儲(chǔ) 體系，常被稱(chēng)為“虛擬存儲(chǔ)器”3）技術(shù)優(yōu)勢(shì)：能給用戶(hù)提供大于實(shí)際物理內(nèi)存的虛擬存儲(chǔ)器， 允許在較小內(nèi)存中執(zhí)行較大進(jìn)程， 并可 在有限主存中容納更多的并發(fā)進(jìn)程。32與覆蓋技術(shù)相比，虛擬存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)透明，不影響用戶(hù)編程結(jié)構(gòu)，用戶(hù)可在高達(dá)232的虛空間編制程序。4）特征：離散性；多次性；對(duì)換性；虛擬性；5）實(shí)現(xiàn)方式： 請(qǐng)求分頁(yè)；請(qǐng)求分段；請(qǐng)求段頁(yè)式；8.與頁(yè)式系統(tǒng)相比，請(qǐng)求分頁(yè)系統(tǒng)的頁(yè)

31、表項(xiàng)擴(kuò)展了哪些信息域？請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明它們的作用。 請(qǐng)求分頁(yè)的虛存系統(tǒng)需對(duì)頁(yè)式系統(tǒng)進(jìn)行如下幾方面的擴(kuò)充：對(duì)頁(yè)表的頁(yè)表項(xiàng)（PTE）進(jìn)行擴(kuò)展，增加一些必要的管理標(biāo)志位（它們占用PTE原先恒為0的低位段，故并不需要擴(kuò)大PTE的大小）。（不需增加新的硬件或設(shè)施）增加可有效處理缺頁(yè)（故障）的相關(guān)設(shè)施和機(jī)制（硬件）增強(qiáng)頁(yè)面調(diào)度管理能力（軟件擴(kuò)展）選用合適的頁(yè)面調(diào)入策略、頁(yè)面置換策略和頁(yè)面置換算法； 增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)及各進(jìn)程駐留頁(yè)面集，即“工作集”的有效管理，降低系統(tǒng)缺頁(yè)率，提高系 統(tǒng)性能。（軟件擴(kuò)展）支持自動(dòng)選取/設(shè)定工作集大小，及動(dòng)態(tài)維護(hù)、修剪工作集。 增加對(duì)物理頁(yè)框的管理，以支持更有效的頁(yè)面調(diào)度和工作集管理（軟件

32、擴(kuò)展）增加頁(yè)框狀態(tài)描述數(shù)據(jù)庫(kù)，該庫(kù)可直接存儲(chǔ)在相關(guān)頁(yè)框中。9.在請(qǐng)求分頁(yè)系統(tǒng)中，頁(yè)故障中斷有何特點(diǎn)？請(qǐng)描述這類(lèi)系統(tǒng)的缺頁(yè)故障處理機(jī)制。 缺頁(yè)中斷是一種比較特殊的中斷，體現(xiàn)在：a）在指令執(zhí)行期間產(chǎn)生和處理缺頁(yè)中斷b）常規(guī)外部中斷，是在每條指令執(zhí)行完畢后，檢查是否有中斷請(qǐng)求到達(dá)。c）一條指令可能產(chǎn)生多次中斷。d）當(dāng)從中斷處理程序返回時(shí)，能正確執(zhí)行原先產(chǎn)生缺頁(yè)故障的指令。 故障處理的基本過(guò)程：當(dāng)發(fā)生缺頁(yè)故障時(shí)，OS會(huì)向外存（頁(yè)文件或頁(yè)映射文件）發(fā)出讀操作調(diào)入相關(guān)頁(yè)面； 頁(yè)面調(diào)入I/O操作是同步的， 即線程會(huì)進(jìn)入睡眠等待直到I/O完成（等待事件到來(lái)） 被喚醒。對(duì)同一進(jìn)程的多個(gè)線程(并發(fā))，若遇到同位置

33、缺頁(yè)故障，可串接到同一等待事件中.頁(yè)面調(diào)入I/O代碼也必須能識(shí)別處理調(diào)入完成后，相關(guān)頁(yè)表項(xiàng)的情況變換。10. 在請(qǐng)求分頁(yè)系統(tǒng)中，若內(nèi)存分配有固定 / 可變兩種，置換有全局 / 局部置換兩 種，那么，基于分配與置換的組合，可得到哪幾種頁(yè)面置換策略？共有四種，分別為： 固定內(nèi)存分配，全局置換策略：采用該策略是， 為進(jìn)程分配的物理塊數(shù)目在進(jìn)程的整個(gè)生命周期都固定不變， 若進(jìn)程因調(diào)入 頁(yè)面而需要換出某個(gè)頁(yè)面， 可以從全局進(jìn)行置換。 雖然比固定內(nèi)存的局部置換好一些， 但是 固定的內(nèi)存限制了整個(gè)置換的效果。可變內(nèi)存分配，全局置換策略：采用該策略時(shí)， 系統(tǒng)先為每個(gè)進(jìn)程分配一定數(shù)目的物理塊， 當(dāng)進(jìn)程發(fā)生缺頁(yè)時(shí)

34、， 若系統(tǒng)中有 空閑的物理塊， 則為其分配一個(gè)物理塊并裝入缺頁(yè)； 若系統(tǒng)中已沒(méi)有空閑的物理塊， 則為其 分配一個(gè)物理塊并裝入缺頁(yè)； 若系統(tǒng)中已沒(méi)有空閑的物理塊， 則從內(nèi)存中選擇一頁(yè)換出， 再 裝入缺頁(yè)， 被換出的頁(yè)可以是系統(tǒng)中任意進(jìn)程的頁(yè)， 這樣，自然又會(huì)使那個(gè)進(jìn)程的物理塊減 少，進(jìn)而使其缺頁(yè)率增加。固定內(nèi)存分配，局部置換策略：采用該策略是， 為進(jìn)程分配的物理塊數(shù)目在進(jìn)程的整個(gè)生命周期都固定不變， 若進(jìn)程因調(diào)入 頁(yè)面而需要換出某個(gè)頁(yè)面， 則只能患處他自己的內(nèi)存頁(yè)面。 由于進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的， 即使在運(yùn)行 之前為它分配了適當(dāng)數(shù)目的內(nèi)存塊， 在采用固定分配局部置換策略時(shí)， 進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中仍 然可能會(huì)因

35、為內(nèi)存塊太少而頻繁缺頁(yè)，或者因?yàn)閮?nèi)存塊太多而浪費(fèi)空間。可變內(nèi)存分配，局部置換策略：采用該策略時(shí)， 為每個(gè)進(jìn)程分配一定數(shù)目的物理塊后， 若某個(gè)進(jìn)程發(fā)生缺頁(yè)， 則只能將自己 的某個(gè)內(nèi)存頁(yè)換出， 。如果進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)頻繁發(fā)生缺頁(yè)中斷， 則系統(tǒng)需為該進(jìn)程分配若干附 加的物理塊，直至其缺頁(yè)率減少到適當(dāng)程度為止； 反之， 若一個(gè)進(jìn)程的缺頁(yè)率特別低， 則可 以適當(dāng)減少分配給它的物理塊， 但不應(yīng)引起其缺頁(yè)率的明顯增加。因此， 可變分配局部置換 策略可以獲得較高的內(nèi)存空間利用率，同時(shí)又能保證每個(gè)進(jìn)程有較低的缺頁(yè)率。11.簡(jiǎn)要說(shuō)明OPT FIFO、LFU LRU CLOCK及改進(jìn)CLOCK等置換算法的基本思想，若假

36、設(shè) 系統(tǒng)采用固定分配局部替換的頁(yè)面調(diào)入策略，并假設(shè)某進(jìn)程在創(chuàng)建時(shí)，分配到了3個(gè)頁(yè)面框。試針對(duì)如下的該進(jìn)程相關(guān)頁(yè)面引用順序；7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 2, 3, 0, 3, 2, 1, 2, 0, 1, 7, 0, 1分別計(jì)算采用OPT FIFO和LRU三種算法時(shí)的缺頁(yè)率。幾種算法的基本思想： 最佳算法(optimal, OPT)選擇未來(lái)最長(zhǎng)時(shí)間不使用頁(yè)進(jìn)行置換(最理想算法)； 先進(jìn)先出算法(FIFO)選擇最先進(jìn)入駐留集的頁(yè)面進(jìn)行置換； 最不常用算法(Least Frequently Used, LFU)選擇到至今訪問(wèn)次數(shù)最少的頁(yè)進(jìn)行置換，要設(shè)置一個(gè)頁(yè)面訪問(wèn)計(jì)數(shù)器。最近最久

37、未使用算法(Least Rece ntly Used, LRU)?選擇內(nèi)存中至今最久未使用頁(yè)面進(jìn)行置換；是局部性原理的合理近似，性能接近最佳，但硬件開(kāi)銷(xiāo)較大。時(shí)鐘算法(clock)?也稱(chēng)最近未用算法(Not Recently Used,NRU)，是LRU和FIFO的折衷。每頁(yè)框有個(gè)使用位(use bit,ub)，若該頁(yè)被訪問(wèn)ub=1。所有駐留頁(yè)面組織為類(lèi)似時(shí)鐘的環(huán)形緩 沖池，置換時(shí)采用一個(gè)類(lèi)時(shí)鐘指針，從當(dāng)前指針位置開(kāi)始順時(shí)針?biāo)阉鳈z查ub=0的頁(yè)框，選擇首個(gè)遇到的ub=0的頁(yè)框進(jìn)行置換。改進(jìn)的時(shí)鐘算法(結(jié)合訪問(wèn)位A和修改位M)?第一輪候選對(duì)象：A=0AM=0,失敗進(jìn)入下一輪?第二輪候選對(duì)象：A=

38、0AM0,失敗進(jìn)入下一輪?第三輪，先將所有目標(biāo)駐留頁(yè)面框的A復(fù)位，再?gòu)臐M(mǎn)足A=0A博0的候選頁(yè)面框中，進(jìn)行一輪選擇。70120304230321201701FIFO77700123042223000127缺頁(yè)率001123042333011127015/20122304230001222701LRU77701223042203312017缺頁(yè)率001203042303212017012/20120304230321201701OPT77722222222222222777缺頁(yè)率00000044400000000009/20111333333331111111第 4 章 進(jìn)程的同步與通信（共享變

39、量是否一定互斥使用）1.了解多進(jìn)程環(huán)境下資源的概念、分類(lèi)和特性。概念：Any entity or any abstract machine component ,if it satisfies following charactics:（滿(mǎn)足以下三個(gè)特征的任何實(shí)體或抽象的計(jì)算機(jī)元件：）（1）a process must request it from OS（進(jìn)程需要從操作系統(tǒng)申請(qǐng)它）（2）theprocess must block its exeuti on un til the en tity is allocated to it（資源未分配給進(jìn)程時(shí)，進(jìn)程處于阻塞狀態(tài)）（3）thecoexi

40、st ing process will compete for resources if they n eed resources（當(dāng)互斥的進(jìn)程需要資源時(shí)，進(jìn)程之間處于競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系）分類(lèi)：分類(lèi)一：（1）可分配，用完要?dú)w還（可歸還）（2）無(wú)需分配的抽象資源分類(lèi)二：（1）可冋時(shí)共享資源（2）臨界資源特性：有限性：2什么是臨界區(qū)？請(qǐng)說(shuō)明臨界區(qū)的代碼模式、同步原則。若不同進(jìn)程訪問(wèn)相同 臨界資源R1,它們?cè)L問(wèn)臨界資源 R1 的代碼一定相同嗎？它們控制進(jìn)入訪問(wèn) 臨界資源 R1 代碼區(qū)的同步代碼一定相同嗎？臨界區(qū)定義：每個(gè)進(jìn)程中訪問(wèn)臨界資源的那段代碼稱(chēng)為臨界區(qū)（Critical Section）（臨界資源是一次

41、僅允許一個(gè)進(jìn)程使用的共享資源）或定義為 :a segment of code ,that write a shard device（write a shared device，是寫(xiě)入操作，非讀寫(xiě)操作），which cannot be wxcuted while the other process arein the resp ond segme nt of code that acess to the same resources代碼模式：/進(jìn)入臨界區(qū)En terCriticalSecti on（&g_cs）;/對(duì)共享資源進(jìn)行寫(xiě)入（不是讀寫(xiě)，）操作/離開(kāi)臨界區(qū)2.什么是臨界區(qū)？每個(gè)進(jìn)程

42、中訪問(wèn)臨界資源的那段代碼稱(chēng)為臨界區(qū)（Critical Section）（臨界資源是一次僅允許一個(gè)進(jìn)程使用的共享資源）請(qǐng)說(shuō)明臨界區(qū)的代碼模式、同步原則。/臨界區(qū)結(jié)構(gòu)對(duì)象CRITICAL_SECTION g_cs;/共享資源char g_cArray10;UINT ThreadProc10(LPVOID pParam)/進(jìn)入臨界區(qū)EnterCriticalSection(&g_cs);/對(duì)共享資源進(jìn)行寫(xiě)入操作for (int i = 0; i 10; i+) g_cArrayi = a;Sleep(1); /離開(kāi)臨界區(qū)LeaveCriticalSection(&g_cs); ret

43、urn 0;UINT ThreadProc11(LPVOID pParam)/進(jìn)入臨界區(qū)EnterCriticalSection(&g_cs);/對(duì)共享資源進(jìn)行寫(xiě)入操作for (int i = 0; i 10; i+) g_cArray10 - i - 1 = b; Sleep(1);/離開(kāi)臨界區(qū)LeaveCriticalSection(&g_cs); return 0;void CSample08View:OnCriticalSection()/初始化臨界區(qū)InitializeCriticalSection(&g_cs);/啟動(dòng)線程AfxBeginThread(Thr

44、eadProc10, NULL);AfxBeginThread(ThreadProc11, NULL);/等待計(jì)算完畢Sleep(300);/報(bào)告計(jì)算結(jié)果CStri ng sResult = CStri ng(g_cArray);AfxMessageBox(sResult);進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)的調(diào)度原則是：1、如果有若干進(jìn)程要求進(jìn)入空閑的臨界區(qū)，一次僅允許一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入。2、任何時(shí)候，處于臨界區(qū)內(nèi)的進(jìn)程不可多于一個(gè)。如已有進(jìn)程進(jìn)入自己的臨界區(qū)，則 其它所有試圖進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程必須等待。3、進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程要在有限時(shí)間內(nèi)退出，以便其它進(jìn)程能及時(shí)進(jìn)入自己的臨界區(qū)。4、 如果進(jìn)程不能進(jìn)入自己的臨界區(qū)，則應(yīng)

45、讓出CPU避免進(jìn)程出現(xiàn)“忙等”現(xiàn)象若不同進(jìn)程訪問(wèn)相同臨界資源R1,它們?cè)L問(wèn)臨界資源R1的代碼一定相同嗎？不一定，例如相同的循環(huán)，可以采用i+或者使用i-它們控制進(jìn)入訪問(wèn)臨界資源R1代碼區(qū)的同步代碼一定相同嗎？一定相同同步原則：忙碌等待(必須)：對(duì)已有進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)，其他試圖進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程立即進(jìn)入臨界區(qū)。 空閑則入(必須)：當(dāng)沒(méi)有進(jìn)程處于臨界區(qū)時(shí)，可以允許一個(gè)請(qǐng)求進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程立即進(jìn)入臨界區(qū)。有限等待(錦上添花)：對(duì)要求訪問(wèn)臨界資源的進(jìn)程，應(yīng)保證能在有限時(shí)間內(nèi)進(jìn)入臨界區(qū)。讓權(quán)等待(錦上添花)：當(dāng)進(jìn)程不能進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)，應(yīng)釋放處理機(jī)。3.請(qǐng)寫(xiě)出利用1)禁止中斷結(jié)合共享標(biāo)志變量；2)多個(gè)共享標(biāo)志

46、變量；3)硬件指令TS; 4) 硬件指令SWAP等四種技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)同步的算法，并分別舉一例說(shuō)明它們的應(yīng) 用方法。這些算法都是基于平等競(jìng)爭(zhēng)的同步實(shí)現(xiàn)算法，它們能實(shí)現(xiàn)“有限等待”和“讓 權(quán)等待”這兩條原則嗎？1)禁止中斷結(jié)合共享標(biāo)志變量：En ter(lock)Disable in terrupt();While(lock )En able in terrupt()Disable in terrupt ()Lock=true;En able in terrupt()Exit (lock)Disable interrupt();Lock=false;Enable interrupt();2)

47、多個(gè)共享標(biāo)志變量：Boolean flagNWhile(1)Flagi=true;Turn=j;While(flagj=true& turn=j)null;Flagi=false;3)硬件指令TS:TS功能描述：Boolean TS(boolean *lock)Boolean old;old=*lock;*lock=true;Return old;應(yīng)用(算法描述)：Lock=false;While (TS(&lock);Lock=false;進(jìn)程的其他代碼；4)硬件指令SWAP功能描述：Swap(Boolean *a, boolean *b)Boolean temp;Temp=

48、*a;*a=*b;*b=temp;應(yīng)用（算法描述）Pi/Pj（線程）：有全局變量lockPi :有局部變量key例子：P1：While（1）key=true;While（key=true）Swap（&lock,&key）Lock=false;用上面所列出的算法語(yǔ)句，沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)【有限等待】和【讓權(quán)等待】，但通過(guò)改進(jìn)的方式 和引入新的算法或許可以利用這四種方法實(shí)現(xiàn)【有限等待】和【讓權(quán)等待】4.理解信號(hào)量的概念、定義和分類(lèi)；理解具有睡眠等待機(jī)制的信號(hào)量實(shí)現(xiàn)算法。信號(hào)量定義：*是一種最最經(jīng)典，能有效解決進(jìn)程同步的軟件方法，也是現(xiàn)代OS中最具基本的同步機(jī)制。*是一種抽象的OS內(nèi)核數(shù)據(jù)類(lèi)

49、型（見(jiàn)作業(yè)本）分類(lèi)：（1） 二元信號(hào)量：value 0,1（互斥）（2）一般信號(hào)量：value非負(fù)具有睡眠等待機(jī)制的信號(hào)量實(shí)現(xiàn)算法：typedef struct /信號(hào)量定義int value;LIST_ENTRY queue; semaphore;normal compute section;void P (semaphore s) /wait (semaphore s)/ P操作定義 -s.value; if (s.value 0) 構(gòu)造一個(gè)包含進(jìn)程PID的等待描述塊，插入到信號(hào)量的等待隊(duì)列s.queue中;調(diào)用阻塞原語(yǔ)，主動(dòng)放棄CPU進(jìn)入睡眠等待；void V (semaphore s)

50、 /sig nal(semaphore s) / V操作定義 +s.value;if (s.value =0) 從s.queue中移出第1個(gè)等待塊，將對(duì)應(yīng)進(jìn)程狀態(tài)改為就緒態(tài)后5.掌握用信號(hào)量解決臨界區(qū)問(wèn)題、基本同步問(wèn)題、生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題、讀-寫(xiě)者問(wèn)題和哲學(xué)家就餐問(wèn)題的算法。信號(hào)量解決臨界區(qū)問(wèn)題:Proc_0 Proc_1 while (1) while (1) ;p(mutex);v(mutex);p(mutex);v(mutex);這部分是注解： semaphore mutex=1;ork(proc_O,O);ork(proc_1,O);用信號(hào)量解決基本同步問(wèn)題:proc_A while

51、(1) ;write(x);/produce xV(s1); /sig nal proc_BP(s2);/waitfor proc_Bsig nalread(y);proc_B while (1) P(s1); /waitfor proc_Aread(x);write(y); /produce yV(s2); /sig nal proc_A;注釋部分：semaphore s仁0; s2=0;Ork(proc_A, 0 ); fork(proc_B,0);生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題:Producer。bufType *next, *herewhile (1) ProduceItem( next);P(e

52、mpty); /claim a empty bufP(mutex); /緩沖池操作here=obtain(empty)V(mutex);CopyBuffer(next, here);P(mutex); /緩沖池操作Release(here,fullPool);V(mutex);V(full); /signal a full bufferConsumer() bufType *next, *herewhile (1) P(full); /claim a full bufP(mutex); /緩沖池操作Here=obtain(full)V(mutex);CopyBuffer(here, next);P(mutex); /緩沖池操作Release(here,emptyPool);V(mutex);V(empty); /signal an emptyCon sumeItem( next)注釋部分：bufType bufferN;semaphore mutex=1; / 互斥使用 buffersemaphore full=O; empty=N;讀-寫(xiě)者問(wèn)題（讀者優(yōu)