习题解答第4章

1习题解答第四章并发进程的同步与互斥1、进程间同步和互斥的含义是什么?答：同步：并发进程之间存在的相互制约和相互依赖的关系。互斥：若干进程共享一资源时，任何时刻只允许一个进程使用。2、用文字描述银行家算法的基本思想？答：银行家算法的基本思想是：将系统中的所有资源比做银行家的资金，每进行一次资源的分配，银行家都要从当前的资源分配情况出发，计算这种分配方案的安全性，如果是安全的，则进行分配，否则选择其它可能的分配方案。这样，每次分配都计算安全性，从而可以避免死锁的发生。3、简述死锁的防止与死锁的避免的区别。答：死锁的防止是系统预先确定一些资源分配策略，进程按规定申请资源，系统按预先规定的策略进行分配，从而防止死锁的发生。而死锁的避免是当进程提出资源申请时系统测试资源分配，仅当能确保系统安全时才把资源分配给进程，使系统一直处于安全状态之中，从而避免死锁。4、试说明资源的静态分配策略能防止死锁的原因。答：资源静态分配策略要求每个进程在开始执行前申请所需的全部资源，仅在系统为之分配了所需的全部资源后，该进程才开始执行。这样，进程在执行过程中不再申请资源，从而破坏了死锁的四个必要条件之一“占有并等待条件”，从而防止死锁的发生。5、有三个进程P1，P2和P3并发工作。进程P1需用资源S3和S1；进程P2需用资源S1和S2；进程P3需用资源S2和S3。回答：(1)若对资源分配不加限制，会发生什么情况?为什么?(2)为保证进程正确工作，应采用怎样的资源分配策略?为什么?2答：.(1)可能会发生死锁例如：进程P1，P2和P3分别获得资源S3，S1和S2后再继续申请资源时都要等待(2分)，这是循环等待。(或进程在等待新源时均不释放已占资源)(2)可有几种答案：A.采用静态分配由于执行前已获得所需的全部资源，故不会出现占有资源又等待别的资源的现象(或不会出现循环等待资源现象)。或B.采用按序分配不会出现循环等待资源现象。或C.采用银行家算法因为在分配时，保证了系统处于安全状态。６、某车站售票厅，任何时刻最多可容纳20名购票者进入，当售票厅中少于20名购票者时，则厅外的购票者可立即进入，否则需在外面等待。若把一个购票者看作一个进程，请回答下列问题：(1)用PV操作管理这些并发进程时，应怎样定义信号量，写出信号量的初值以及信号量各种取值的含义。(2)根据所定义的信号量，把应执行的PV操作填入适当，以保证进程能够正确地并发执行。COBEGINPROCESSPI(I=1，2，……)begin；进入售票厅；购票；退出；end；COEND(3)若欲购票者最多为n个人，写出信号量可能的变化范围(最大值和最小值)。答：.(1)定义一信号量S，初始值为20。意义：S0S的值表示可继续进入售票厅的人数S=0表示售票厅中已有20名顾客(购票者)3S0|S|的值为等待进入售票厅的人数(2)P(S)进入售票厅；购票；退出；V(S)(3)S的最大值为20S的最小值为20－n注：信号量的符号可不同(如写成t)，但使用时应一致(即上述的s全应改成t)。７、假定系统有三个并发进程read,move和print共享缓冲器B1和B2。进程read负责从输入设备上读信息，每读出一个记录后把它存放到缓冲器B1中。进程move从缓冲器B1中取出一记录，加工后存入缓冲器B2。进程print将B2中的记录取出打印输出。缓冲器B1和B2每次只能存放一个记录。要求三个进程协调完成任务，使打印出来的与读入的记录的个数，次序完全一样。请用PV操作，写出它们的并发程序。答：beginSR,SM1,SM2,SP:semaphore;B1,B2:record;SR:=1;SM1:=0;SM2:=1;SP:=0cobeginprocessreadX:record;beginR:(接收来自输入设备上一个记录)X:=接收的一个记录；P(SR)；B1:=X;V(SM1);gotoR;end;Processmove4Y:record;beginM:P(SM1);Y:=B1;V(SR)加工YP(SM2)；B2:=Y;V(SP);gotoM;end;ProcessprintZ:record;beginP:P(SP);Z:=B2;V(SM2)打印ZgotoP;end;coend;end;８、某系统中有10台打印机，有三个进程P1，P2，P3分别需要8台，7台和4台。若P1，P2，P3已申请到4台，2台和2台。试问：按银行家算法能安全分配吗？请说明分配过程。答：系统能为进程P3分配二台打印机。因为尽管此时10台打印机已分配给进程P14台，P22台和P34台，全部分配完，但P3已分配到所需要的全部4台打印机，它不会对打印机再提出申请，所以它能顺利运行下去，能释放占用的4台打印机，使进程P1，P2均可能获得乘余的要求4台和5台，按银行家算法是安全的。９、有两个用户进程A和B，在运行过程中都要使用系统中的一台打印机输出计算结果。5(1)试说明A、B两进程之间存在什么样的制约关系？(2)为保证这两个进程能正确地打印出各自的结果，请用信号量和P、V操作写出各自的有关申请、使用打印机的代码。要求给出信号量的含义和初值。答：(1)A、B两进程之间存在互斥的制约关系。因为打印机属于临界资源，必须一个进程使用完之后另一个进程才能使用。（2）mutex：用于互斥的信号量，初值为1。进程A进程B............P(mutex)P(mutex)申请打印机申请打印机使用打印机使用打印机V(mutex)V(mutex)试以生产者—消费者问题说明进程同步问题的实质。答：一个生产者，一个消费者和一个产品之间关系是典型的进程同步问题。设信号量S为仓库内产品，P-V操作配对进行缺一不可。生产者进程将产品放人仓库后通知消费者可用；消费者进程在得知仓库有产品时取走，然后告诉生产者可继续生产。１０、请描述产生死锁的四个必要条件。答：互斥使用（资源独占）一个资源每次只能给一个进程使用不可强占（不可剥夺）资源申请者不能强行的从资源占有者手中夺取资源，资源只能由占有者自愿释放请求和保持（部分分配，占有申请）－一个进程在申请新的资源的同时保持对原有资源的占有（只有这样才是动态申请，动态分配）循环等待－存在一个进程等待队列{P1,P2,…,Pn},其中P1等待P2占有的资源，P2等待P3占有的资源，…，Pn等待P1占有的资源，形成一个进程等待环路１１、两个并发执行的进程A和B的程序如下：进程ARepeatN=N+5;Untilfalse;6进程BRepeat打印N的值；N=0；Untilfalse;其中N为整数，初值为4。若进程A先执行了三个循环后，进程A和进程B又并发执行了一个循环，写出可能出现的打印值。正确的打印值应该是多少？请用P、V操作进行管理，使进程A和B并发执行时不会出现与时间有关的错误。答：因为N初值为4，若进程A先执行了三个循环，此时N的值为19。当进程A和进程B并发执行时可能会有如下两种执行次序，即进程A先执行一次循环，然后再进程B执行一次循环，此时打印的是正确值24，执行后N中的值为0。但若进程B先执行一次循环，然后再进程A执行一次循环，则打印的值是19，执行后N中的值是5。这是错误的，即发生了与时间有关的错误。用P、V操作进行管理，使进程A和B并发时不会出现与时间有关的错误的程序如下：（S为互斥信号量，初值为1），进程ARepeatP(S);N=N+5;V(S);Untilfalse;进程BRepeatP(S);打印N的值；N=0；V(S);Untilfalse;１２、四个进程P0，P1,P2,P3和四个信箱M0,M1,M2,M3进程间借助相邻的信箱传递消息：7每次从中取出一条消息，经加工送入中。其中M0,M1,M2,M3分别设有3,3,2,2个格子，每个格子放一条消息，初始时，M0装满了三条消息，其余为空。写出使用信号量实现进程（i=0,1,2,3）同步及互斥的流程。答：mutex0~mutex3:分别用于控制互斥访问M0~M3，初值为1。full0~full3:分别用于控制同步访问M0~M3,其中full0初值为3，full1~full3初值为0，表示信箱中消息条数。empty0~empty3:分别用于同步控制对M0~M3的访问。Empty0初值为0，empty2~empty3初值为2，empty1初值为3，分别用于表示信箱中空格子个数。另用send(Mi,message)表示将消息送到（Mimod4）号信箱中；而用receive(Mi，message)表示接收已存在于(Mimod4)中的消息。则使用信号量实现进程Pi(i=0,1,2,3)同步及互斥的流程如下：mutex0,mutex1,mutex2,mutex3:semaphore;full0,full1,full2,full3:semaphore;empty0,empty1,empty2,empty3:semaphore;beginmutex0:=1;mutex1:=1;mutex2:=1;mutex:=1;full0:=3;full1:=0;full2:=0;full3:=0;empty0:=0;empty1:=3;empty2:=2;empty3:=2;ParbeginP0：beginrepeatP(mutex0);P(full0);Receive(M0,message);V(empty0);Processingthemessageuntilfinished;P(mutex1);P(empty1);Send(M1,message);8V(full1);V(mutex1);Untilfalse;…end;P1：｛可类似于P0实现之｝;P2：｛可类似于P0实现之｝;P3：｛可类似于P0实现之｝;Parend;End;１３、设系统中仅有一类数量为M的独占型资源，系统中N个进程竞争该类资源，其中各进程对该类资源的最大需求量为W。当M、N、W分别取下列值时，试判断哪些情况会发生死锁？为什么？①M=2，N=2，W=1②M=3，N=2，W=2③M=3，N=2，W=3④M=5，N=3，W=2⑤M=6，N=3，W=3答：③可能会发生死锁。只要一个进程占用了少于3个独占型资源而另一个进程占用了其余的独占型资源，两个进程都会相互处于等待对方进程释放资源的状态。⑤也可能会发生死锁。当每个进程都分配了两个资源时，3个进程都会彼此等待。１４、假定具有5个进程的进程集合P＝｛P0,P1,P2,P3,P4｝,系统中有三类资源A，B和C。其中A类资源有10个，B类资源有5个，C类资源有7个。假定在某时刻有如下状态：AllocationMaxAvailableABCABCABCP0010753332P1200322P2302902P3211222P4002433试给出Need，并说明当前系统是否处于安全状态，如果是，给出安全序列。如果不9是，说明理由。答：当前系统处于安全状态，安全序列如下求解：work=Available=(3,3,2)寻找Needj=work=(3,3,2)(j=0,1,2,3,4)j=1Need1=(1,2,2)=(3,3,2)work:=(3,3,2)+(2,0,0)=(5,3,2)寻找Needj=work=(5,3,2)(j=0,2,3,4)j=3Need3=(0,1,1)=(5,3,2)work:=(5,3,2)+(2,1,1)=(7,4,3)寻找Needj=work=(7,4,3)(j=0,2,4)j=4Need4=(4,3,1)=(7,4,3)work:=(7,4,3)+(0,0,2)=(7,4,5)寻找Needj=work=(7,4,5)(j=0,2)j=2Need2=(6,0,0)=(7,4,5)work:=(7,4,5)+(3,0,2)=(10,4,7)寻找Needj=work=(10,4,7)(j=0)j=0work:=(10,4,7)+(0,1,0)=(10,5,7)所以安全序列为＜P1，P3，P4，P2，P0＞(不止一个)。例如：＜P1，P