信号量机制、共享存储区通信

操作系统填空题第二章程序顺序执行时的特征是：顺序性，封闭性，可再现性。

程序并发执行时的特征是：间断性，失去封闭性，不可再现性。

进程实体由程序段，相关数据段和PCB（进程控制块）三部分构成。

进程的特征有动态性，并发性，独立性，异步性。

进程控制块中的信息包括：进程标识符，处理机状态，进程调度信息，进程控制信息。

处理机状态也称为处理机的上下文。

处理机中的寄存器主要包括通用寄存器、指令计数器、程序状态字PSW、用户栈指针。

进程控制主要包括程序和数据的地址、进程同步和通信机制、资源清单、链接指针等功能。

进程控制一般是由OS的内核中的原语来实现的。

处理机的执行状态分成系统态和用户态两种。

批处理系统中，通常会在程序的最后安排一条Holt指令表示运行已经结束。

引起进程终止的事件有正常结束、异常结束、外界干预。

同步机制应遵循的规则有空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待。

进程之间高级通信机制有共享存储器系统，消息传递系统，管道通信，客户机-服务器系统。

管道机制必须提供互斥、同步、确定对方是否存在这三方面的协调能力。

进程的两个基本属性是动态性和并发性。

程序并发执行所需付出的时空开销有创建进程、撤销进程、进程切换。

线程运行时的三种基本状态有执行状态、就绪状态、阻塞状态。

多线程OS中的进程属性包括进程是一个可拥有资源的基本单位、多个线程可并发执行、进程已不是可执行的实体。

线程的实现方式有内核支持线程KST、用户级线程ULT、组合方式。

硬件同步机制包括关中断、利用Test-and-Set指令实现互斥、利用Swap指令实现线程互斥。

关中断不能在多处理机系统中使用。

硬件同步机制实际上是实现了多个处理机之间的同步。

信号量机制实际上是实现了进程和线程之间的同步。

信号量属于进程级的通信机制。

指令级同步机制是由硬件实现的。

信号量机制分为整型信号量、记录性信号量、AND型信号量、信号量集四种。

文件读写是原子操作。

信号量集机制一次操作多个信号量，是为了避免死锁。

第二章作业第一次作业：1.进程有哪三种基本状态？进程在三种基本状态之间转换的典型原因是什么？答：三种基本状态：就绪状态、执行状态、阻塞状态。

（1）就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源（进程调度）；（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2.在Linux系统中运行下面程序，最多可产生多少个进程？画出进程家族树。

main(){fork();fork();fork();}答：最多可以产生7个进程。

其家族树为：3.试从动态性、并发性和独立性上比较进程和程序。

答：1)动态性是进程最基本的特性，可表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，以及由撤销而消亡，因而进程由一定的生命期；而程序只是一组有序指令的集合，并存放于某种介质上，其本身并不具有运动的含义，因而是静态的；2)并发性是进程的重要特征，同时也是OS的重要特征。

引入进程的目的正是为了使其程序能和其它建立了进程的程序并发执行，而程序本身（没有建立PCB）是不能并发执行的；3)独立性是指进程实体是一个能独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。

凡未建立PCB的程序，都不能作为一个独立的单位来运行。

4.分析下列代码的功能：答：sleep_on实现进程的睡眠过程；wake_up实现进程的唤醒过程。

第二次作业：1.同步机制应该遵循哪些基本准则？你认为整型信号量机制遵循了同步机制的哪些基本准则？答：同步机制应遵循四个基本准则：a. 空闲让进：当无进程处于临界区时，应允许一个请求进入临界区的进程立即进入自己的临界区，以有效地利用临界资源。

b. 忙则等待：当已有进程进入临界区时，其它试图进入临界区的进程必须等待，以保证对临界资源的互斥访问。

c. 有限等待：对要求访问临界资源的进程，应保证在有限时间内能进入自己的临界区，以免陷入“死等”状态。

d. 让权等待：当进程不能进入自己的临界区时，应立即释放处理机，以免进程陷入“忙等”状态。

操作系统常见⾯试题1.进程的常见状态？以及各种状态之间的转换条件？就绪：进程已处于准备好运⾏的状态，即进程已分配到除CPU外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可⽴即执⾏。

执⾏：进程已经获得CPU，程序正在执⾏状态。

阻塞：正在执⾏的进程由于发⽣某事件（如I/O请求、申请缓冲区失败等）暂时⽆法继续执⾏的状态。

2.进程同步进程同步的主要任务：是对多个相关进程在执⾏次序上进⾏协调，以使并发执⾏的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从⽽使程序的执⾏具有可再现性。

同步机制遵循的原则： （1）空闲让进； （2）忙则等待（保证对临界区的互斥访问）； （3）有限等待（有限代表有限的时间，避免死等）； （4）让权等待，（当进程不能进⼊⾃⼰的临界区时，应该释放处理机，以免陷⼊忙等状态）。

3.进程的通信⽅式有哪些？ 进程通信，是指进程之间的信息交换（信息量少则⼀个状态或数值，多者则是成千上万个字节）。

因此，对于⽤信号量进⾏的进程间的互斥和同步，由于其所交换的信息量少⽽被归结为低级通信。

所谓⾼级进程通信指：⽤户可以利⽤操作系统所提供的⼀组通信命令传送⼤量数据的⼀种通信⽅式。

操作系统隐藏了进程通信的实现细节。

或者说，通信过程对⽤户是透明的。

⾼级通信机制可归结为三⼤类： （1）共享存储器系统（存储器中划分的共享存储区）；实际操作中对应的是“剪贴板”（剪贴板实际上是系统维护管理的⼀块内存区域）的通信⽅式，⽐如举例如下：word进程按下ctrl+c，在ppt进程按下ctrl+v，即完成了word进程和ppt进程之间的通信，复制时将数据放⼊到剪贴板，粘贴时从剪贴板中取出数据，然后显⽰在ppt窗⼝上。

（2）消息传递系统（进程间的数据交换以消息（message）为单位，当今最流⾏的微内核操作系统中，微内核与服务器之间的通信，⽆⼀例外地都采⽤了消息传递机制。

应⽤举例：邮槽（MailSlot）是基于⼴播通信体系设计出来的，它采⽤⽆连接的不可靠的数据传输。

第一章OS概述操作系统：操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组织计算机的工作流程，以及方便用户的程序的集合。

其主要功能是实现处理机管理、内存管理、I/O设备管理、文件管理和用户接口。

填空题1．操作系统是运行在计算机裸机系统上的最基本的系统软件。

2. 操作系统目前有五大类型：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。

3．现代操作系统的两个重要特征是并发和共享。

4以多道程序设计为基础的现代操作系统具有并发性、虚拟性、共享性、不确定性四个基本特征。

5操作系统提供给编程人员的唯一接口是系统调用。

6现代操作系统的两个重要特征是并发和共享。

7计算机操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件。

8现代操作系统的两个重要特征是并发和共享。

9对于系统的总体设计目标来说，批处理系统应注重提高系统的效率，尽量增加系统的吞吐量，分时系统应保证用户响应时间；而实时系统则应在保证及时响应和可靠性的前提下，再考虑系统资源的利用率。

吞吐率响应时间10．计算机操作系统是方便用户、管理和控制计算机系统资源的系统软件。

11．在操作系统中的异步性主要是指在系统中进程推进的顺序是走走停停。

12. 现代操作系统的特征是并发、共享、虚拟和异步性。

13.操作系统的五大功能是CPU管理、存储管理、设备管理、文件系统和用户接口。

14．操作系统是运行在计算机基本硬件（或：硬件）系统上的最基本的系统软件。

15.操作系统的主要设计目标是方便用户使用或界面友好和系统能高效工作或资源利用率高。

16. 操作系统的基本类型有批处理操作系统，分时操作系统和实时操作系统三种。

17．在分时系统中，当用户数目为100时，为保证响应时间不超过2秒，此时时间片最大应为20ms。

分时系统采用的调度方法是时间片轮转调度算法。

2秒/100=20ms选择题1. 实时操作系统追求的目标是（）。

A.高吞吐率B.充分利用内存C. 快速响应D. 减少系统开销2. 操作系统是为了提高计算机的[1利用率]和方便用户使用计算机而配置的基本软件。

实验报告实验题目姓名：学号：课程名称：操作系统实验所在学院：信息科学与工程学院专业班级：计算机任课教师：实验项目名称进程通信——共享存储区和信号量一、实验目的与要求：1、了解和熟悉共享存储机制2、了解和熟悉信号量机制3、熟悉信号量机制中使用的数据结构和信号量机制的操作以及控制。

4、了解共享主存段机制，学会对共享主存段的系统调用。

二、实验设备及软件：1、PC机一台2、Linux操作系统三、实验方法（原理、流程图）一、共享存储区1、共享存储区机制的概念共享存储区（Share Memory）是 UNIX 系统中通信速度最高的一种通信机制。

该机制可使若干进程共享主存中的某一个区域，且使该区域出现（映射）在多个进程的虚地址空间中。

另一方面，一个进程的虚地址空间中又可连接多个共享存储区，每个共享存储区都有自己的名字。

当进程间欲利用共享存储区进行通信时，必须先在主存中建立一共享存储区，然后将它附接到自己的虚地址空间上。

此后，进程对该区的访问操作，与对其虚地址空间的其它部分的操作完全相同。

进程之间便可通过对共享存储区中数据的读、写来进行直接通信。

图示列出二个进程通过共享一个共享存储区来进行通信的例子。

其中，进程 A 将建立的共享存储区附接到自己的 AA’区域，进程 B 将它附接到自己的 BB’区域。

应当指出，共享存储区机制只为进程提供了用于实现通信的共享存储区和对共享存储区进行操作的手段，然而并未提供对该区进行互斥访问及进程同步的措施。

因而当用户需要使用该机制时，必须自己设置同步和互斥措施才能保证实现正确的通信。

二、涉及的系统调用1、shmget( )创建、获得一个共享存储区。

系统调用格式： shmid=shmget(key,size,flag)参数定义： int shmget(key,size,flag);key_t key;int size,flag;其中，key是共享存储区的名字；size是其大小（以字节计）；flag是用户设置的标志，如IPC_CREAT。

四级网络工程师模拟题144一、操作系统原理——单选题1. 从计算机安全保护角度来看，操作系统的主要作用是提供______。

A.人机交互接口B.软件开发基础C.第一道安全防线D.虚拟机和扩展机答案：C[解答] 在黑客和网络攻击者看来，操作系统是他们要攻破的第一道防线。

所以从计算机安全保护角度来看，操作系统的主要作用是提供第一道安全防线。

故本题答案选择C选项。

2. 共享性是操作系统的特征之一，下列哪种软件资源可以同时共享?______A.可重入代码B.临界区C.中断服务程序D.内核调度模块答案：A[解答] 系统中还有一类资源，它们在同一时间段可以被多个程序同时访问。

一个典型的可以同时共享的资源就是硬盘，当然，那些可以重入的操作系统代码也是可以被同时共享的。

临界区、中断服务程序和内核调度模块都是属于互斥共享。

故本题答案选择A选项。

3. 操作系统需要处理器从内核态转为用户态时，采用的是下列哪种方法?______A.调用访管指令B.调用中断程序陷入C.修改程序状态字D.利用堆栈返回答案：C[解答] 机器处于核心态是可以执行硬件所提供的全部指令，包括特权指令和非特权指令，在核心态时可利用特权指令修改程序状态字转换为用户态。

而用户态转换为核心态唯一的途径是访管中断。

故本题答案选择C选项。

4. 进程运行时，当运行中的进程不希望被外部事件打扰时，可以采用下列哪一种操作方法?______A.陷入内核态B.设置不被打扰状态字C.屏蔽中断D.将中断信号排队答案：C[解答] 进程运行时状态发生转换的原因是发生中断，不希望被外部事件打扰只有设置程序状态字寄存器(PSW)的IF中断标志位，设置为IF为0屏蔽中断。

故本题答案选择C选项。

5. 对于函数fork()，它属于哪一类系统调用?______A.进程控制类B.文件操作类C.设备管理类D.信息维护类答案：A[解答] 函数fork()的作用是通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程。

操作系统的主要功能包括处理机管理和存储管理1. 引言操作系统是计算机系统中必不可少的核心软件之一，它主要负责管理计算机硬件资源以及为应用程序提供一个良好的运行环境。

操作系统具有多项重要功能，其中最重要的包括处理机管理和存储管理。

本文将详细介绍这两个功能，并探讨它们在操作系统中的作用。

2. 处理机管理处理机管理是操作系统的一项重要功能，它负责对计算机的CPU资源进行有效地调度和管理，以确保系统运行的高效性和公平性。

2.1 进程调度进程调度是处理机管理的核心内容之一。

当多个应用程序同时运行时，操作系统要合理地分配CPU的执行时间，以确保每个应用程序都能得到公平的处理器时间片。

常见的调度算法包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、时间片轮转（RR）等。

2.2 进程同步与互斥在操作系统中，可能会出现多个进程同时访问共享资源的情况，为了避免出现竞争条件和死锁等问题，操作系统需要提供进程同步与互斥的机制。

常用的同步和互斥方法包括信号量、互斥锁等。

2.3 进程通信操作系统还负责为不同的进程提供通信机制，以便它们能够进行有效的信息交换和共享。

常见的进程通信方式包括管道、消息队列、共享内存等。

3. 存储管理存储管理是操作系统的另一个重要功能，它负责对计算机的内存资源进行有效地分配和管理，以确保应用程序能够正常运行并充分利用内存空间。

3.1 内存分配操作系统需要分配和回收内存空间，以满足不同应用程序的需要。

常见的内存分配方式包括连续分配、非连续分配等。

3.2 内存保护与地址转换操作系统需要确保不同应用程序之间的内存空间是隔离的，以防止一个应用程序对其他应用程序的内存造成破坏。

此外，操作系统还负责将逻辑地址转换为物理地址，以实现有效的内存访问。

3.3 虚拟存储虚拟存储是现代操作系统的重要特性之一，它允许应用程序访问比实际物理内存更大的地址空间。

操作系统通过使用虚拟内存技术，将不常用的内存页面从内存中换出到磁盘上，以释放内存空间给其他应用程序使用。

计算机专技岗试题及答案一、编程题题目：请编写一个程序，实现一个简单的计算器功能，能够进行基本的四则运算操作。

答案：以下是一个简单的实现示例，使用Python语言编写：```pythondef calculator():"""计算器程序"""operator = input("请输入运算符（+、-、*、/）：")num1 = float(input("请输入第一个数字："))num2 = float(input("请输入第二个数字："))if operator == "+":result = num1 + num2elif operator == "-":result = num1 - num2elif operator == "*":result = num1 * num2elif operator == "/":if num2 == 0:print("错误：除数不能为0！")returnelse:result = num1 / num2else:print("错误：无效的运算符！")returnprint("计算结果为：", result)calculator()```二、理论题题目：请简述数据库的事务（Transaction）概念及ACID特性。

答案：数据库事务是指由一个或多个数据库操作（如增删改查）组成的逻辑工作单元。

事务具有以下四个ACID特性：1. Atomicity（原子性）: 事务作为一个整体被执行，要么全部成功，要么全部失败。

如果其中一个操作失败，整个事务将回滚到原始状态。

2. Consistency（一致性）: 在事务开始之前和结束之后，数据库的完整性约束没有被破坏。

第2章进程管理进程是操作系统中非常重要的概念，进程管理是操作系统最为重要的功能之一。

12.1 基本结构图2进程管理基本知识结构图(见下页)进程管理进程的概念进程的描述进程控制进程的创建与终止进程通信线程程序的顺序执行程序的并发执行进程的概念及特征进程的状态及转换Linux进程的状态Linux进程的PCBLinux进程的系统调用进程的阻塞与唤醒进程的同步与互斥临界资源锁机制信号量进程控制块信号量的应用及同步举例进程的同步与互斥进程控制块的组织方式共享存储器机制消息传递机制管道通信机制信号通信机制线程的概念线程的特点2.2 知识点2.2.1 进程的概念1．程序的顺序执行我们把一个具有独立功能的程序独占处理机，直到最后结束的过程称为程序的顺序执行。

程序顺序执行时的特征为：顺序性、封闭性和可再现性。

4顺序性是指，程序执行时严格按照程序的语句或指令的顺序执行。

封闭性是指，程序执行的结果只有程序本身才可以改变，而与其它外界因素无关。

可再现性是指，只要输入的初始条件相同，则无论何时重复执行该程序，结果都是相同的。

52．程序的并发执行所谓程序的并发性，是指多道程序在同一时间间隔内同时发生。

63．进程的概念及特征（1）进程的概念进程是操作系统中最基本、最重要的概念之一。

进程可以如下定义：进程是程序的一次执行。

进程是可以和别的进程并发执行的计算。

进程就是一个程序在给定活动空间和初始条件下，在一个处理机上的执行过程。

进程是程序在一个数据集合上的运行过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

进程是动态的，有生命周期的活动。

内核可以创建一个进程，最终将由内核终止该进程使其消亡。

7（2）进程与程序的区别进程和程序是两个完全不同的概念，但又有密切的联系。

8（3）进程的特征进程具有动态性、并发性、独立性、异步性及结构性的特征。

4．进程的状态及转换在操作系统中，进程通常至少有三种基本状态：就绪状态、执行状态和阻塞状态。

910程执行完成或撤消阻塞状态就绪状态进程创建调度用片间时进等待某事件发生如I/O 请求外部事件发生进程的基本状态及转换图完5．Linux进程的状态Linux系统内核在进程控制块中用state成员描述进程当前的状态，并明确定义了5种进程状态。

操作系统：进程/线程同步的方式和机制，进程间通信一、进程/线程间同步机制。

临界区、互斥区、事件、信号量四种方式临界区（Critical Section）、互斥量（Mutex）、信号量（Semaphore）、事件（Eve nt）的区别1、临界区：通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。

在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问，如果有多个线程试图访问公共资源，那么在有一个线程进入后，其他试图访问公共资源的线程将被挂起，并一直等到进入临界区的线程离开，临界区在被释放后，其他线程才可以抢占。

2、互斥量：采用互斥对象机制。

只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限，因为互斥对象只有一个，所以能保证公共资源不会同时被多个线程访问。

互斥不仅能实现同一应用程序的公共资源安全共享，还能实现不同应用程序的公共资源安全共享 .互斥量比临界区复杂。

因为使用互斥不仅仅能够在同一应用程序不同线程中实现资源的安全共享，而且可以在不同应用程序的线程之间实现对资源的安全共享。

3、信号量：它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目 .信号量对象对线程的同步方式与前面几种方法不同，信号允许多个线程同时使用共享资源，这与操作系统中的PV操作相同。

它指出了同时访问共享资源的线程最大数目。

它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。

PV操作及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的。

信号量S是一个整数，S大于等于零时代表可供并发进程使用的资源实体数，但S小于零时则表示正在等待使用共享资源的进程数。

P操作申请资源：（1）S减1；（2）若S减1后仍大于等于零，则进程继续执行；（3）若S减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转入进程调度。

V操作释放资源：（1）S加1；（2）若相加结果大于零，则进程继续执行；（3）若相加结果小于等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一个等待进程，然后再返回原进程继续执行或转入进程调度。

linux共享内存同步机制Linux作为一款优秀的操作系统，不仅支持多进程、多线程，还应用广泛的共享内存机制，通过共享内存，可以实现进程间的数据共享，提高了操作系统的效率和性能。

但同时也带来了共享内存的同步问题，需要一种同步机制来解决。

一、基本概念：共享内存：共享内存是一种特殊的内存映射，允许不同进程访问同一块物理内存。

它允许进程们在不进行复制的情况下高效地共享数据。

同步机制：在多进程、多线程的环境中，多个进程或线程经常需要协调和同步它们之间的操作，那么这种协调和同步的方式就称为同步机制。

二、linux共享内存同步机制在 Linux 操作系统中，系统提供了两种共享内存同步机制，一个是信号量(semaphore)，一个是记录锁(flock)。

1、信号量信号量是一种计数器，用于控制多个进程对共享资源的访问。

信号量通常用于同步和协调进程和线程，避免竞争条件。

它可以跨越不同的进程，并提供了一种计数器，以确保同步的正确性。

其中包含两个操作：sem_wait()和sem_post()。

sem_wait() 函数将流程挂起直到该信号量的值非零，并将该值减少。

sem_post() 增加计数器的值。

Semaphore 通常分为有名信号量和无名信号量（也称为匿名信号量），有名信号量被作为文件存储在文件系统中，因此它在多进程和多线程之间通常是可见的，可以用来协调进程之间的访问。

无名信号量不共享，只能由自己的进程和它的子进程使用。

2、记录锁（flock）Linux 提供了一个名为 flock() 的系统调用来管理文件锁，flock() 四种模式：共享锁（SHARED_LOCK）：锁定特定文件的读访问不会阻止其他进程锁定相同文件的读访问。

互斥锁（EXCLUSIVE_LOCK）：锁定特定文件的写访问并排他性地防止其他进程锁定同一个文件的读或写访问。

解锁（UNLOCK）：释放已锁定的文件并对读或写访问进行解锁。

非阻塞（NO_WAIT）：尝试对特定文件执行互斥或共享锁操作，并在无法获取任何锁的情况下立即返回。

杭州电子科技大学硕士研究生复试同等学力加试科目考试大纲学院：人文艺术与数字媒体学院加试科目：操作系统一、操作系统概述1.操作系统的基本概念、特征及功能。

2.操作系统的发展过程，各类典型操作系统的概念及特点。

3.操作系统的用户接口、系统调用的概念及实现原理。

4.操作系统的内核结构。

5.处理器特权级、中断响应过程、系统调用。

二、进程管理1.程序的顺序执行与并发执行以及它们的特征。

2.程序并发发生时间相关的错误。

3.进程的定义、特征、多种状态及其转化、进程控制块PCB 的概念。

4.进程控制：进程创建与撤销、进程阻塞与唤醒等。

5.进程同步（1）进程同步、互斥、临界资源、临界区的概念，进程同步机制及应用。

（2）典型进程同步问题：生产者消费者、读者写者、哲学家进餐、理发师等问题的信号量解决办法。

6.进程通信的三种实现机制：共享存储器通信、管道通信、消息传递系统通信。

7.进程调度：基本概念、有关算法（先来先服务调度算法、短作业/进程优先调度算法、循环轮转调度算法、优先权调度算法、多级队列调度算法、多级反馈队列调度算法）。

8.进程死锁（1）死锁的基本概念：定义、产生的原因及必要条件、处理死锁的基本方法。

（2）预防死锁的各种方法，银行家算法的原理。

（3）检测死锁及解除死锁的方法。

9.线程的基本概念及实现机制。

10.Linux进程管理相关知识：进程状态转换，进程创建与终止、进程睡眠与唤醒，进程同步机制，进程通信机制，线程机制。

三、存储器管理管理1.存储器管理概述（1）存储器系统的体系结构。

（2）存储器管理的功能。

（3）程序的装入和链接。

2.连续存储管理方式的几种实现机制。

3.页式存储管理方式的实现原理，两级和多级页表。

4.段式存储管理方式及段页式存储管理的基本实现原理。

5.虚拟存储器的基本概念，请求分页存储管理方式的基本实现原理。

6.Linux内存管理机制：地址映射机制、物理内存空间管理、虚拟地址空间管理。

四、设备管理1.设备管理的功能。