操作系统习题课-2.ppt

操作系统是计算机系统的核心组成部分，负责管理和控制系统的硬件资源，包括处理器、内存以及各种输入输出设备。在本节中，我们将探讨三个与操作系统处理机管理相关的习题，它们涉及到临界区问题、进程同步和资源分配。 让我们看第一个例子（例15），这个问题涉及到两个进程P0和P1对临界资源的访问。临界区是进程中的一段代码，它在同一时刻只能被一个进程执行，以防止数据竞争和不一致性的发生。在这个例子中，每个进程都有一个循环，用来检查自己的标志（flag[0]或flag[1]）和对方的标志以及turn变量。这种算法被称为"旋转锁"，它能确保进程互斥地进入临界区。然而，因为每个进程都会设置对方的标志为TRUE，然后改变turn的值，所以如果进程被阻塞，另一个进程仍然可以进入临界区。尽管如此，当一个进程进入临界区后，会将自己的标志设置为FALSE，防止其他进程再次进入，从而保证了互斥性。同时，由于没有无限制的循环，所以不会出现“饥饿”现象。因此，答案是D，即能保证进程互斥进入临界区且不会出现“饥饿”。 第二个例子（例16）涉及银行服务窗口的模拟，其中有一个服务窗口和10个座位供顾客等待。这里使用了信号量机制来实现进程间的同步和互斥。信号量mutex用于保证取号机的互斥使用，初始化为1；empty和full分别表示空座位和已占座位的数量，初始值分别为10和0；service表示服务窗口的状态，初始值为1。顾客进程先通过P(empty)获取一个空座位，再P(mutex)使用取号机，之后V(mutex)释放取号机，V(full)表明座位已被占用，最后P(service)等待服务。营业员进程则相反，先P(full)等待有顾客，V(empty)释放座位，然后V(service)通知顾客可以接受服务。这样就实现了顾客和服务员之间的同步。 第三个例子（例17）是关于寺庙中老和尚和小和尚打水与取水的问题。这里利用了信号量empty（表示水缸还能容纳的水桶数，初始为10）、full（表示水缸中可用的水桶数，初始为0）、S（表示可用水桶数，初始为3）、mutex1（表示打水互斥，初始为1）和mutex2（表示取水互斥，初始为1）。小和尚打水时，先P(empty)确保有空间，P(S)获取水桶，然后P(mutex1)独占井，倒水后V(mutex1)释放井，V(S)归还水桶，最后V(full)更新水缸可用水量。老和尚取水时，先P(full)确认有水，P(mutex2)独占水缸，取水后V(mutex2)释放水缸，V(empty)表示水缸减少了一桶水。通过这种方式，可以确保打水和取水的并发操作不会冲突。 以上三个例子展示了操作系统中如何使用同步原语（如P、V操作）和信号量机制来解决并发控制中的问题，确保资源的正确分配和使用，以及避免死锁和饥饿现象的发生。这些概念在实际操作系统设计和分析中至关重要。