操作系統(tǒng)答案4

1、6.16管程的 signal 操作和信號量的 signal 操作有什么不同？管程的 signal 操作在以下情況下是不能繼續(xù)進行的：當執(zhí)行 signal 操作并且無 等待線程時，那么系統(tǒng)會忽略 signal 操作，認為 signal 操作沒有發(fā)生過。如果隨后 執(zhí)行 wait 操作，那么相關的線程就會被阻塞。然后在信號量中，即使沒有 等待線程，每個 signal 操作都會是相應的信號量值增加。接下來的等待操作因為 之前的信號量值的增加而馬上成功進行。6.17假設 signal 語句只能作為一個管程中的最后一條語句出現，可以怎樣簡化6.7 節(jié)所描述的實現？如果 signal 語句作為最后一條語句出

2、現，那么鎖會使發(fā)出信號的進程轉化成 接受信號的進程。否則，發(fā)出信號的進程將解鎖，并且接受信號的進程則需要和 其他進程共同操作獲得鎖從而使操作繼續(xù)下去。6.21假設將管程中的 wait和signal操作替換成一個單一的構件await (B)，這里B是一個普通的布爾表達式，進程執(zhí)行直到 B 變成真用這種方法寫一個管程實現讀者 作者問題。解釋為什么一般來說這種結構實現的效率不高。要使這種實現達到高效率需要對 await 語句加上哪些限制？(提示，限制 B 的 一般性，參見 Kessels1977 ) .讀者 作者問題可以進行以下修改，修改中產生了 await 聲明：讀者可以執(zhí)行 “await(act

3、ive writers = 0 && waiting writers = 0) 來確保在進入”臨界區(qū)域時沒 有就緒的作者和等待的作者。作者可以執(zhí)行“ await(active writers = 0 && activereaders = 0) 來確”保互斥。在 signal 操作后，系統(tǒng)檢查滿足等待條件滿足的等待線程，檢查其中被喚 醒的等待線程。這個要求相當復雜，并且可能需要用到交互的編譯器來評估在不 同時間點下的條件?？梢酝ㄟ^限制布爾條件，使布爾變量和其他部分分開作為 獨立的程序變量（僅僅用來檢查是否相等的一個靜態(tài)值）。在這種情況下，布爾 條件可以傳達給運行時

4、系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以執(zhí)行檢查每一個它所需要的時間，以確 定哪些線程被喚醒。6.23為什么 Solaris 、 Linux 和 Windows2000 都使用自旋鎖作為多處理器系統(tǒng)的同 步機制而不作為單處理器系統(tǒng)的同步機制？Solaris ， Linux 和 Windows 2000 中只有在多處理器系統(tǒng)才能使用自旋鎖作為 一個同步機制。 自旋鎖不適合單處理器的系統(tǒng)，因為打破了這一進程的自旋鎖 只有通過執(zhí)行不同的進程才可以得到。如果這一進程不會放棄此處理器，其他進 程就無法設置第一個進程所要求的程序條件，從而不能繼續(xù)操作。在一個多處理 器系統(tǒng)，其他進程執(zhí)行其他處理器，從而修改程序狀態(tài)從自旋鎖中釋放第

5、一個進 程。6.24在基于日志的系統(tǒng)中可以給事務提供支持，在相應日志記錄寫到穩(wěn)定存儲 之前不能允許真正地更新數據項。為什么這個限制是必需的？如果事務需要放棄，那么更新的數據項的值應該要恢復到原來的值。這就 需要原來值的數據在進行操作之前完成更新。6.25證明兩段鎖協議能確保沖突的串行執(zhí)行。調度是指一個或多個事務的執(zhí)行順序。一個串行調度是指每個事務執(zhí)行的 原子調度。如果一個調度由兩個不同的事務組成，通過連續(xù)的操作從這兩個事 務中獲得相同的數據，并至少有一個 write 操作，然后有所謂的沖突。如果一個調 度可以通過一系列非沖突操作的交換而轉化成串行調度，那么這個調度為是沖突可 串行化。這兩階段加

6、鎖協議確保沖突串行化，因為獨占鎖（這是用于寫操作）必須連 續(xù)收購，不釋放任何鎖在獲取（增長）的階段。其他事務希望獲得同樣的鎖必須 等待第一個事務開始釋放鎖。通過要求任何鎖必須首先釋放所有鎖，從來避免潛 在的沖突。6.26分配一個新時間戳給已經恢復到原值的事務有什么影響？對于新進入系統(tǒng) 進程的事務，其所賦予的時間戳是如何大于原先事務的時間戳的？在原先事務的訪問變量改變后執(zhí)行事務，那么相應的事務也恢復到原先的 值。如果他們沒有執(zhí)行此項操作（也就是說沒有重復的原先事務的訪問變量值）， 那么這些操作在適當的時候就不會受到約束。6.27假設數目有限的資源中的一個單一的資源型必須加以管理。進程需要一定 數

7、量的這種資源，一旦用完將釋放它們。例如，許多商業(yè)軟件包提供了一定數 量的許可證，這表明一些應用程序可以同時運行.當應用程序啟動時，許可證的計數遞減。當申請終止，許可證計數遞增。如果所有的許可證都在使用，那么 要求啟動該應用程序的申請被剝奪了。只有當現有的許可證持有人終止申請并 切許可證已經返還，那么這種申請將被授予.下列程序段是用來管理一個數目有限的情況下的可用資源。最多的資源數量和一些可用的資源數量如下所示：#define MAX RESOURCES 5int available resources = MAX RESOURCES;When a process wishes to obtai

8、n a number of resources, it invokesthe decrease count（）function:/* decrease available resources by count resources */* return 0 if sufficient resources available, */* otherwise return -1 */int decrease count(int count) if (available resources < count)return -1;else available resources -= count;re

9、turn 0;When a process wants to return a number of resources, it calls the decrease count()function:/* increase available resources by count */int increase count(int count) available resources += count;return 0; 前面的程序段將會產生一個競爭的條件。如下：確定數據參與競爭當競爭的條件發(fā)生時，確定代碼段的位置(或是區(qū)域)利用 Java 同步，確定競爭的條件，同時修改 decrease Cou

10、nt ( )以使一個 線程在沒有足夠的現有的資源下阻塞。確定數據參與競爭：可以利用的變量資源當競爭的條件發(fā)生時，確定代碼段的位置（或是區(qū)域）：代碼使現有的資源 遞減和代碼現有資源遞增的聲明可以放在競爭的條件。使用信號量，確定競爭條件 :使用信號量表示當前可用資源變量，并且用信 號量遞增和信號量遞減的操作代替遞增和遞減的操作。7.1假設有如圖 7.1 所示的交通死鎖。 證明這個例子中實際上包括了死鎖的四個必要條件。 給出一個簡單的規(guī)則用來在這個系統(tǒng)中避免死鎖。死鎖的四個必要條件 : （1）互斥；（ 2）占有并等待；（ 3）非搶占；（ 4）循環(huán)互斥的條件是只有一輛車占據道路上的一個空間位置。占有并

11、等待表示一 輛車占據道路上的位置并且等待前進。一輛車不能從道路上當前的位置移動開 （就是非搶占） 。最后就是循環(huán)等待，因為每個車正等待著隨后的汽車向前發(fā)展 循環(huán)等待的條件也很容易從圖形中觀察到。一個簡單的避免這種的交通死鎖的規(guī)則是，汽車不得進入一個十字路口如 果明確地規(guī)定，這樣就不會產生相交。7.2考慮如下的死鎖可能發(fā)生在哲學家進餐中，哲學家在同個時間獲得筷子。 討論此種情況下死鎖的四個必要條件的設置。討論如何在消除其中任一條件來 避免死鎖的發(fā)生。死鎖是可能的，因為哲學家進餐問題是以以下的方式滿足四個必要條件：1）相斥所需的筷子， 2 ）哲學家守住的筷子在手，而他們等待其他筷子， 3 ）沒 有

12、非搶占的筷子，一個筷子分配給一個哲學家不能被強行拿走， 4 ）有可能循環(huán) 等待。死鎖可避免克服的條件方式如下： 1 ）允許同時分享筷子， 2 ）有哲學 家放棄第一雙筷子如果他們無法獲得其他筷子， 3 ）允許筷子被強行拿走如果筷子已經被一位哲學家了占有了很長一段時間 4 ）實施編號筷子，總是獲得較低編 號的筷子，之后才能獲得較高的編號的筷子。7.3一種可能以防止死鎖的解決辦法是要有一個單一的，優(yōu)先于任何其他資源 的資源。例如，如果多個線程試圖訪問同步對象 A? E ，那么就可能發(fā)生死鎖。（這 種同步對象可能包括互斥體，信號量，條件變量等） ，我們可以通過增加第 六個對象來防止死鎖。每當一個線程希

13、望獲得同步鎖定給對象A? ? ?E ，它必須首先獲得對象 F 的鎖 .該解決方案被稱為遏制：對象 A? ? ?E 的鎖內載對象 F 的鎖。對比此方案的循環(huán)等待和 Section7.4.4 的循環(huán)等待。這很可能不是一個好的解決辦法，因為它產生過大的范圍。盡可能在狹隘 的范圍內定義死鎖政策會更好。7.4對下列問題對比循環(huán)等待方法和死鎖避免方法（例如銀行家算法 ）：a. 運行費用b. 系統(tǒng)的吞吐量死鎖避免方法往往會因為追蹤當前資源分配的成本從來增加了運行費用。 然而死鎖避免方法比靜態(tài)地防止死鎖的形成方法允許更多地并發(fā)使用資源。從 這個意義上說，死鎖避免方案可以增加系統(tǒng)的吞吐量。7.5在一個真實的計算

14、機系統(tǒng)中，可用的資源和進程命令對資源的要求都不會持 續(xù)很久是一致的長期（幾個月）。資源會損壞或被替換，新的進程會進入和離開 系統(tǒng)，新的資源會被購買和添加到系統(tǒng)中。如果用銀行家算法控制死鎖，下 面哪些變化是安全的（不會導致可能的死鎖） ，并且在什么情況下發(fā)生？增加可用資源（新的資源被添加到系統(tǒng)）減少可用資源（資源被從系統(tǒng)中永久性地移出）增加一個進程的 Max （進程需要更多的資源，超過所允許給予的資源）減少一個進程的 Max （進程不再需要那么多資源）增加進程的數量減少進程的數量增加可用資源（新的資源被添加到系統(tǒng)）：這個可以在沒有任何問題的情況 下安全地改變減少可用資源（資源被從系統(tǒng)中永久性地移出）：這可能會影響到系統(tǒng)，并 導致可能性死鎖因為系統(tǒng)的安全性假定其擁有一定數量的可用資源增加一個進程的 Max （進程需要更多的資源，超過所允許給予的資源）：這 可能會影響到系統(tǒng)，并可能導致死鎖減少一個進程的 Max （進程不再需要那么多資源）：這個可以在沒有任何