免费智能真题库 > 历年试卷 > 软件设计师 > 2021年下半年 软件设计师 上午试卷 综合知识
  第24题      
  知识点:   同步与互斥   信号量与P、V操作   进程
  章/节:   计算机软件知识       

 
进程P1、 P2、P3、P4、P5和P6的前趋图如下所示。用PV操作控制这6个进程之间同步与互斥的程序如下,程序中的空①和空②处应分别为(24),空③和空④处应分别为(25),空⑤和空⑥处应公别为(26)。
 
 
  A.  V(S1)和P(S2)P(S3)
 
  B.  V(S1)和V(S2)V(S3)
 
  C.  P(S1)和P(S2)V(S3)
 
  D.  P(S1)和V(S2)V(S3)
 
 
 

 
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进程P1、P2、P3、P4和P5的前趋图如下所示:

用PV操作控制这5个进程的同步与互斥的程序如下,程序中的空①和空②处..
   知识点讲解    
   · 同步与互斥    · 信号量与P、V操作    · 进程
 
       同步与互斥
        同步是合作进程间的直接制约问题,互斥是申请临界资源进程间的间接制约问题。
        1)同步
        相互合作的进程需要在某些确定点上协调它们的工作,当一个进程到达这些点后,除非另一个进程已经完成某些操作;否则就不得不停下来等待这些操作结束。这就是进程间的同步。
        2)互斥
        在多道程序系统中,各进程可以共享各类资源,但有些资源一次只能供一个进程使用,称为临界资源。这就产生了进程间的间接制约问题——互斥。
        3)临界区管理的原则
        临界区是进程中对临界资源实施操作的那段程序。互斥临界区管理的原则是:有空即进,无空则登;有限等待,让权等待。
 
       信号量与P、V操作
        信号量机制主要有整型信号量、记录性信号量、信号量集机制。
        1)整型信号量与P、V操作
        信号量是一个整型变量,根据控制对象的不同赋予不同的值。信号量可分为以下两类。
        (1)公用信号量。实现进程间的互斥,初值为1或资源的数目。
        (2)私用信号量。实现进程间的同步,初值为0或某个正整数。
        信号量S的物理意义为:S≥0,表示某资源的可用数;S<0,其绝对值表示阻塞队列中等待该资源的进程数。P、V操作是实现进程同步与互斥的常用方法。
        P操作定义:S:=S-1,若S≥0,则执行P操作的进程继续执行;否则,若S<0,则置该进程为阻塞状态,并将其插入阻塞队列。
        V操作定义:S:=S+1,若S>0,则执行V操作的进程继续执行;否则,若S≤0,则从阻塞状态唤醒一个进程,并将其插入就绪队列,执行V操作的进程继续执行。
        2)利用P、V操作实现进程的互斥
        令信号量的初值为1,当进程进入临界区时执行P操作,退出临界区时执行V操作。则进入临界区的代码段如下。
        
        3)利用P、V操作实现进程的同步
        进程的同步是由于进程间合作而引起的相互制约问题。要实现进程的同步,可用一个信号量与消息联系起来。当信号量的值为0时表示消息未产生,当信号量的值为非0时表示希望的消息已经存在。假定用信号量S表示某条消息,进程可以通过调用P操作测试消息是否达到,调用V操作通知消息已经准备好。
 
       进程
        简单而言,一个进程就是一个正在运行的程序。一般来说,一个进程至少应该包括以下几个方面的内容。
        .相应的程序:进程既然是一个正在运行的程序,当然需要有相应程序的代码和数据。
        .CPU上下文:指程序在运行时,CPU中各种寄存器的当前值,包括:程序计数器,用于记录将要取出的指令的地址;程序状态字,用于记录处理器的运行状态信息;通用寄存器,用于存放数据或地址;段寄存器,用于存放程序中各个段的地址;栈指针寄存器,用于记录栈顶的当前位置。
        .一组系统资源:包括操作系统用来管理进程的数据结构、进程的内存地址空间、进程正在使用的文件等。
        进程有动态性、独立性和并发行三个特性。
        (1)动态性。进程是一个正在运行的程序,而程序的运行状态是在不断地变化的。例如,当一个程序在运行的时候,每执行完一条指令,PC寄存器的值就会增加,指向下一条即将执行的指令。而CPU中用来存放数据和地址的那些通用寄存器,它们的值肯定也不断地变化。另外,堆和栈的内容也在不断地变化,每当发生一次函数调用时,就会在栈中分配一块空间,用来存放此次函数调用的参数和局部变量。而当函数调用结束后,这块栈空间就会被释放掉。
        (2)独立性。一个进程是一个独立的实体,是计算机系统资源的使用单位。每个进程都有自己的运行上下文和内部状态,在它运行的时候独立于其他的进程。
        (3)并发性。从宏观上来看,在系统中同时有多个进程存在,它们相互独立地运行。
        下图表示四个进程A、B、C、D在系统中并发地运行。从中可以看出,虽然从宏观上来说,这四个进程都是在系统中运行,但从微观上来看,在任何一个特定的时刻,只有一个进程在CPU上运行。从时间上来看,开始是进程A在运行,然后是进程B在运行,然后是进程C和进程D。接下来又轮到了进程A去运行。因此,在单CPU的情形下,所谓的并发性,指的是宏观上并发运行,而微观上还是顺序运行,各个进程轮流去使用CPU资源。
        
        四个进程在并发运行
        在具体实现上,以CPU中的程序计数器PC为例,真正物理上的PC寄存器只有一个。当四个进程在轮流执行时,PC取值的运动轨迹是先在进程A内部流动,然后再到进程B的内部流动,再到进程C和D。从进程的独立性角度来说,每个进程都有“自己”独立的PC寄存器,即逻辑上的PC寄存器,它们的取值相互独立、互不影响。所谓的逻辑PC,其实就是一个内存变量。例如,在上图中,当进程A要执行的时候,就把A的逻辑PC的值拷贝到物理PC中,然后开始运行。当轮到B运行的时候,先把物理PC的当前值保存到A的逻辑PC中,然后再把B的逻辑PC的值装入到物理PC中,即可运行。这样就实现了各个进程的轮流运行。
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