操作系统-经典进程的同步问题

操作系统：进程同步基本概念在 Os 中引⼊进程后，虽然提⾼了资源的利⽤率和系统的吞吐量，但由于进程的异步性，也会给系统造成混乱，尤其是在他们争⽤临界资源时。

例如，当多个进程去争⽤⼀台打印机时，有可能使多个进程的输出结果交织在⼀起，难于区分；⽽当多个进程去争⽤共享变量、表格、链表时，有可能致使数据处理出错。

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。

在资源共享的情况下：保证诸进程以互斥的⽅式访问临界资源—必须以互斥⽅式访问的共享资源；在相互合作的关系中：进程同步的主要任务是保证相互合作的诸进程在执⾏次序上协调，（有些教材把这种功能称做“协调”）。

相互合作的进程可能同时存在资源共享的关系。

如何实现进程互斥，需要让进程以互斥的⽅式进⼊各⾃的临界区，先执⾏进⼊区的代码。

⼈为地加⼀段代码。

临界资源必须以互斥⽅式访问的共享资源counter的例⼦：在机器语⾔中实现两个进程给count加⼀的操作register1 = countregister1 = register1 + 1count = register1register2 = countregister2 = register2 + 1count = register2但是如果是并发执⾏，可能会出现下⾯的情况register1 = countregister2 = countregister1 = register1 + 1register2 = register2 + 1count = register1count = register2结果就不对了。

可见，counter应该作为临界资源。

多个进程必须对其进⾏互斥访问临界区在每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。

如果能保证诸进程互斥地进⼊⾃⼰的临界区，便可实现诸进程对临界资源的互斥访问。

每个进程在进⼊临界区之前，应先对欲访问的临界资源进⾏检查，看它是否正被访问。

国开期末考试《操作系统》机考试题及答案(第8套)一、单选题1. 操作系统的基本功能不包括以下哪项？- (A) 进程管理- (B) 文件管理- (C) 网络管理- (D) 内存管理- Answer: (C)2. 下列哪种文件系统不支持文件共享？- (A) FAT- (B) NTFS- (C) ext4- (D) NFS- Answer: (A)3. 进程同步的经典问题中，以下哪个问题不属于资源分配类问题？- (A) 哲学家就餐问题- (B) 读者写者问题- (C) 指令冲突问题- (D) 吸烟者问题- Answer: (D)4. 以下哪种调度算法不考虑进程优先级？- (A) 先来先服务调度- (B) 短作业优先调度- (C) 时间片轮转调度- (D) 最高响应比优先调度- Answer: (A)5. 下列哪项不属于虚拟内存的功能？- (A) 内存保护- (B) 内存扩充- (C) 内存共享- (D) 内存加密- Answer: (D)二、填空题1. 进程的特征有______(5个字)。

- Answer: 动态性、并发性、独立性、不确定性、制约性2. 磁盘调度算法的目标是______(4个字)。

- Answer: 提高磁盘的利用率3. 在分页存储管理方式下，逻辑地址由______和______两部分组成。

- Answer: 页号、页内偏移4. 进程调度算法中，______是指将处理机从一个进程转移到另一个进程的过程。

- Answer: 上下文切换5. 用户态和核心态的切换是通过______指令实现的。

- Answer: 特权指令三、简答题1. 请简要解释进程和线程的区别。

- Answer: 进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，具有独立的内存空间和系统资源。

而线程是进程的执行单位，一个进程可以包含多个线程，共享进程的资源。

线程之间的切换比进程之间的切换开销更小，线程间的通信更加方便。

2. 请简要描述页面置换算法中的FIFO算法。

计算机操作系统—调度算法# 有些计算会有问题谅解经典进程的同步问题1、吃⽔果桌上有⼀只盘⼦，每次只能放⼊⼀只⽔果，爸爸专向盘⼦中放苹果(apple)，妈妈专向盘⼦中放桔⼦(orange),⼀个⼉⼦专等吃盘⼦中的桔⼦，⼀个⼥⼉专等吃盘⼦中的苹果。

只要盘⼦中空则爸爸或妈妈可向盘⼦中放⼀只⽔果，仅当盘中有⾃⼰需要的⽔果时，⼉⼦或⼥⼉可从中取出。

把爸爸、妈妈、⼉⼦、⼥⼉看做四个进程，⽤wait、signal操作进⾏管理，使这４个进程能正确地并发执⾏。

如图所⽰。

.png)1、定义信号量的含义与赋值定义⼀个是否允许向盘⼦中存放⽔果的信号量S，其初值为“1” ；定义两个信号量SP和SO分别表⽰盘⼦中是否有苹果或桔⼦的消息，初值均为“0” ，⼀个互斥信号量\[SP=表⽰盘⼦中有苹果；SO=表⽰盘⼦⾥⾯有桔⼦ \]2、写伪代码begin:S,SP,SO:semaphere; //设置信号量S:=1; SP:=0; SO:=0; //进⾏初始赋值Process 爸爸{BeginL1:准备⼀个苹果;wait(S); //申请空盘⼦的互斥信号量将苹果放⼊盘⼦中signal(SP); //盘⼦中有苹果，返回SPGoto L1; //调⽤L1⼥⼉取⾛盘⼦中的苹果end;}Process 妈妈{BeginL2:准备⼀个桔⼦;wait(S); //申请空盘⼦的互斥信号量将桔⼦放⼊盘⼦中signal(SO); //盘⼦中有桔⼦，返回SOGoto L2; //调⽤L2⼉⼦取⾛盘⼦中的桔⼦end;}Process ⼉⼦{beginL3:.wait(SO); //等待盘⼦中有桔⼦从盘⼦中拿⾛桔⼦signal（S）; //拿⾛桔⼦后，盘⼦为空；由SO向S转变end;}Process ⼥⼉{beginL4:.wait(SP); //等待盘⼦中有苹果从盘⼦中拿⾛苹果signal（S）; //拿⾛苹果后，盘⼦为空；由SP向S转变end;}end;2、共享打印机现有四个进程R1，R2，W1，W2，它们共享可以存放⼀个数的缓冲区。

第二章进程同步一、选择最合适的答案1. 用P、V操作管理临界区时，信号量的初值一般应定义为（）。

A.–1B.0C.1D.任意值2. 有m个进程共享同一临界资源，若使用信号量机制实现对一临界资源的互斥访问，则信号量的变化范围是（）。

A.1至–(m-1)B.1至m-1C.1至–mD.1至m3. 在下面的叙述中，正确的是（）。

A.临界资源是非共享资源B.临界资源是任意共享资源C.临界资源是互斥共享资源D.临界资源是同时共享资源4. 对进程间互斥地使用临界资源，进程可以（）A.互斥地进入临界区B.互斥地进入各自的临界区C.互斥地进入同一临界区D.互斥地进入各自的同类资源的临界区5. 设两个进程共用一个临界资源的互斥信号量mutex，当mutex＝1时表示（）。

A.一个进程进入了临界区，另一个进程等待B.没有一个进程进入临界区C.两个进程都进入了临界区D.两个进程都在等待6. 设两个进程共用一个临界资源的互斥信号量mutex，当mutex＝-1时表示（）。

A.一个进程进入了临界区，另一个进程等待B.没有一个进程进入临界区C.两个进程都进入了临界区D.两个进程都在等待7．当一进程因在记录型信号量S上执行P(S)操作而被阻塞后，S的值为（）。

A.>0B.<0C.≥0D.≤08．当一进程因在记录型信号量S上执行V(S)操作而导致唤醒另一进程后，S的值为（）。

A.>0B.<0C.≥0D.≤09．如果信号量的当前值为-4，则表示系统中在该信号量上有（）个进程等待。

A.4B.3C.5D.010．若有4个进程共享同一程序段，而且每次最多允许3个进程进入该程序段，则信号量的变化范围是（）。

A. 3，2，1，0B. 3，2，1，0，-1C. 4，3，2，1，0D. 2，1，0，-1，-211．若信号S的初值为2，当前值为-1，则表示有( )个等待进程？A.0B.1C.2D.312．如果有三个进程共享同一互斥段，而且每次最多允许两个进程进入该互斥段，则信号量的初值应设置为（）。

1、测量控制系统中的数据采集任务把所采集的数据送一单缓冲区；计算任务则从该缓冲区中取出数据并进行计算。

试写出利用信号量机制实现两者共享单缓冲区的同步算法。

Var Sempty，Sfull: semaphore:= 1,0BeginParbeginCollection:beginrepeat采集一个数据；wait(Sempty);数据放入缓冲区；signal(Sfull);untill false;end;Compute:beginrepeatwait(Sfull);从缓冲区取出数据;signal(Sempty);计算;` until false;end;ParendEnd2、有一阅览室，共有100个座位。

读者进入时必须先在一种登记表上登记，该表为每一座位列一个表目，包括座号和读者姓名。

读者离开时要注销掉登记内容。

试用wait和signal原语描述读者进程的同步问题。

var mutex, readcount :semaphore := 1,100; BeginParbeginProcess Reader:beginrepeatwait(readcount);wait(mutex);<填入座号和姓名完成登记>；signal(mutex);<阅读>wait(mutex)<删除登记表中的相关表项，完成注销>signal(mutex);signal(readcount);until false;end;parend;End;1）、桌上有一空盘，只允许放一个水果，爸爸专向盘中放苹果，妈妈专向盘中放桔子；女儿专吃盘中的苹果，儿子专吃盘中的桔子；试用wait 和signal原语实现爸爸、妈妈、女儿、儿子之间的同步问题。

var Sempty, Sapple, Sorange,: semaphore:= 1,0,0; beginparbeginFather: beginrepeatwait(Sempty);<put apple in tray>;signal(Sapple);until false;end;Mother: beginrepeatwait(Sempty);<put orange in tray>;signal(Sorange);until false;end;Son: beginrepeatwait(Sorange);<take orange>;signal(Sempty);until false;end;Daughter: beginrepeatwait(Sapple);<take apple>;signal(Sempty);until false;end;parend;end;1、在4×100米接力赛中，4个运动员之间存在如下关系，运动员1跑到终点把接力棒交给运动员2；运动员2一开始处于等待状态，在接到运动员1传来的接力棒后才能往前跑，他跑完100米后交给运动员3，运动员3也只有在接到运动员2传来的棒后才能跑，他跑完100米后交给运动员4，运动员4接到棒后跑完全程。

操作系统读者写者问题报告一、引言操作系统中的读者写者问题是一个经典的同步问题，它涉及多个进程对共享资源的访问，需要保证数据的正确性和一致性。

本报告将介绍读者写者问题的背景、定义、解决方法以及实现过程。

二、背景读者写者问题最早由Dijkstra在1965年提出，它是一个典型的并发控制问题。

在多进程环境下，当多个进程同时访问共享资源时，容易发生冲突和竞争条件。

读者写者问题就是其中比较常见和重要的一种。

三、定义读者写者问题是指有多个进程同时访问一个共享资源，其中有些进程只是读取该资源，而另一些进程则需要修改该资源。

为了保证数据的正确性和一致性，必须采取某种机制来控制这些进程对共享资源的访问。

四、解决方法1. 互斥锁：使用互斥锁来保证同一时间只有一个进程可以访问共享资源。

这种方法简单易行，但可能会导致饥饿现象。

2. 信号量：使用信号量来实现对共享资源的访问控制。

其中包括两个信号量：一个用于记录正在访问该资源的读者数量，另一个用于记录正在访问该资源的写者数量。

这种方法可以避免饥饿现象，但可能会导致死锁。

3. 读写锁：使用读写锁来实现对共享资源的访问控制。

读写锁包括两种类型：读锁和写锁。

多个进程可以同时获得读锁，但只有一个进程可以获得写锁。

这种方法可以提高并发性能，但实现较为复杂。

五、实现过程下面以信号量为例介绍如何实现读者写者问题：1. 定义两个全局变量readcount和writecount，分别表示正在访问该资源的读者数量和写者数量。

2. 定义两个信号量mutex和wrt，初始化为1。

3. 读者进程：a. P(mutex)；b. readcount++；c. 如果readcount==1，则P(wrt)；d. V(mutex)；e. 读取共享资源；f. P(mutex)；g. readcount--；h. 如果readcount==0，则V(wrt)；i. V(mutex)。

4. 写者进程：a. P(wrt)；b. 写入共享资源；c.V(wrt)。

操作系统中的进程间通信与同步机制在计算机领域中，操作系统是一个必不可少的软件，它管理着计算机硬件和软件资源，并且为用户和应用程序提供了一个运行环境。

而进程是操作系统中执行中的程序实例，它是计算机资源分配、调度和执行的基本单位。

在一个操作系统中，多个进程常常需要进行通信和同步，以便进行数据传递和协调工作。

本文将讨论操作系统中的进程间通信与同步机制。

一、进程间通信（IPC）进程间通信，简称IPC（Inter-Process Communication），是指不同进程之间相互交换数据和信息的一种机制。

它允许进程之间共享资源、传递消息和协调活动。

在操作系统中，有几种常见的IPC机制，包括管道、共享内存、消息队列和套接字等。

1. 管道（Pipe）管道是一种最简单的进程间通信机制，它创建了一个字节流管道，一个进程的输出可以直接作为另一个进程的输入。

在Unix/Linux系统中，使用pipe()系统调用创建一个管道，典型的管道用法是通过fork()系统调用创建一个子进程，其中一个进程通过管道向另一个进程传递数据。

2. 共享内存（Shared Memory）共享内存是一种进程间通信的高效机制，它允许多个进程访问同一个内存区域，从而实现数据的共享。

在操作系统中，使用共享内存可以显著提高进程间通信的速度。

常见的共享内存接口包括shmget、shmat和shmdt等。

3. 消息队列（Message Queue）消息队列是一种进程间通信的方式，它通过在消息队列中传递和接收消息来实现进程间的数据交换。

在操作系统中，消息队列常用于解决生产者-消费者问题，其中一个进程将数据发送到消息队列，另一个进程从消息队列中接收数据。

4. 套接字（Socket）套接字是一种进程间通信的通用机制，它允许不同计算机上的进程通过网络进行通信。

套接字可以进行不同类型的通信，包括面向连接的socket和面向无连接的socket。

在操作系统中，套接字常用于实现分布式系统和网络应用程序。

java与操作系统进程同步问题（⼀）————互斥问题最近学校开设了操作系统原理课程，⽼师要求⽤任意语⾔去模拟进程的同步和互斥问题。

在尝试的写了之后，发现这个问题⾮常有意思，故想记录在博客中，作为⾃⼰的学习轨迹。

个⼈还是⽐较喜欢⽤Java语⾔，所以采⽤了java来编写。

今天记录的是多个进程访问互斥资源量的问题，互斥即是某⼀资源同⼀时刻，只允许⼀个进程访问，在离散数学中，对互斥定义如下事件A和B的为空，A与B就是事件，也叫事件。

也可叙述为：不可能同时发⽣的事件。

如A∩B为不可能事件（A∩B=Φ），那么称事件A与事件B互斥，其含义是：事件A与事件B在任何⼀次试验中不会同时发⽣（百度百科）。

如⽇常⽣活中的打印机，就是⼀个公共资源，同⼀时刻，只允许⼀个任务进⾏，其他任务排队等待。

采⽤记录型信号量来实现。

相应的wait(Semaphore s) (wait操作就是p操作，我们的课本⾥是这种叫法)的伪代码就是1 wait(Semaphore *s){2 s->value--; //value是资源个数3if(s->value < 0){4 block(s->list); //list是PCB(process_control_block)块5 }6 }对应的signal（signal就是v操作）的伪代码就是:signal（Semaphore *s）{s->value++;if(s->value >= 0)wakeup(s->list);}所以⾸先我们得实现⼀个信号量类，采⽤synchronized块来模拟wait和signal操作 ,具体synchronized的细节请⾃⾏百度或者查阅其他博客园的⽂章，我理解的也不是特别透彻。

public class Semaphore {public Object lock = new Object(); //synchronized锁住的是对象public int value; //资源个数public Semaphore(int value) {this.value = value;}}在该类中我们实现wait和signal⽅法public static void Wait(Semaphore semaphore,String className) { //classname⽤来判断是那个线程synchronized (semaphore.lock) {semaphore.value--;if (semaphore.value < 0){try {System.out.println(className + "被阻塞");semaphore.lock.wait();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}}public static void Signal(Semaphore semaphore,String className){synchronized (semaphore.lock) {semaphore.value++;if (semaphore.value <= 0) {System.out.println(className + "资源量⾜够，唤醒⼀个");semaphore.lock.notify();}}}可以看到跟最开始的伪代码基本思想都是⼀样的。

第二章进程管理（三）进程同步5、经典同步问题1、生产者—消费者问题生产者消费者问题是一种同步问题的抽象描述。

计算机系统中的每个进程都可以消费（使用）或生产（释放）某类资源。

这些资源可以是硬件资源，也可以是软件资源。

当某一进程使用某一资源时，可以看作是消费，称该进程为消费者。

而当某一进程释放某一资源时，它就相当于生产者。

问题1：设某计算进程CP和打印进程IOP共用一个单缓冲区，CP进程负责不断地计算数据并送入缓冲区T中，IOP进程负责不断地从缓冲区T中取出数据去打印。

通过分析可知，ＣＰ、ＩＯＰ必须遵守以下同步规则：(1)当ＣＰ进程把计算结果送入缓冲区时，IOP进程才能从缓冲区中取出结果去打印;(2)当IOP进程把缓冲区中的数据取出打印后，ＣＰ进程才能把下一个计算结果送入缓冲区.(3)为此设有两个信号量Sa=0，Sb=1，Sa表示缓冲区中有无数据，Sb表示缓冲区中有无空位置。

两个进程的同步可以描述如下：问题2：一组生产者通过具有N个缓冲区的共享缓冲池向一组消费者提供数据。

问题分析”：为解决生产者消费者问题，应该设两个同步信号量，一个说明空缓冲区的数目，用empty表示，初值为有界缓冲区的大小N，另一个说明已用缓冲区的数目，用full表示，初值为０。

由于在此问题中有M个生产者和N个消费者，它们在执行生产活动和消费活动中要对有界缓冲区进行操作。

由于有界缓冲区是一个临界资源，必须互斥使用，所以，另外还需要设置一个互斥信号量mutex，其初值为１。

问题的解：注意：在每个程序中用于实现互斥的P(mutex)和V(mutex)必须成对的出现对资源信号量empty和full的P和V操作，同样需要成对地出现，但它们分别处于不同的程序中。

在每个程序中的多个P操作顺序不能颠倒。

先同步后互斥。

生产者进程缓冲池消费者进程1┇┇i┇┇2、哲学家就餐问题有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心粉，每人面前有一只空盘子，每两人之间放一只筷子。