【操作系统】课程 3进程同步与通信同步测练章节测验

3.1知识点导图

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3.2进程同步与互斥

【本章学习目标】

（1）了解进程通信的机制和通信方式。

（2）理解多道程序环境下进程间通信的机制；消息传递系统的实现。

（3）掌握临界资源和临界区的概念和访问准则；信号机制及控制进程间同步和互斥的模型。

【本节知识点】

并发是操作系统的特征之一。当多个进程并发执行时，就会产生冲突和合作的问题。并发的进程可以按多种方式进行交互，而在交互的过程中产生的主要问题是同步和互斥。解决进程同步和互斥的有效技术是信号量机制。

（1）基本概念

进程同步：多个进程中发生的事件存在着某种时序关系，它们必须按规定时序执行，以共同完成一项任务。
进程互斥：多个进程不能同时使用同一资源。
临界资源：某段时间内仅允许一个进程使用的资源。
临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码。

（2）信号量是解决同步和互斥问题的有效工具，它只允许由P、V操作进行访问和修改。P操作表示申请临界资源，V操作表示表示释放资源。

（3）信号量的值与资源的关系：

信号量的值大于0，表示可用资源的数目
信号量的值等于0，表示可用资源已使用完
信号量的值小于0，其绝对值表示等待使用该资源的进程数。

（4）信号量解决互斥问题模型：

（5）信号量解决同步问题模型：

DM1、DM2分别为进程P1和P2的代码段。这个模型能实现控制P2进程先于P1进程执行。

【章节测试】

一. 填空题（共7题）

【填空题】 在信号量机制中，S.value>0时的值表示（可用的资源数目；可用的资源数量）；每次P操作意味着（申请一个临界资源），因此应将S.value（减1；减一），当S.value（小于0；小于零；<0；小于零时），进程应阻塞。
- 解析： P操作会检查信号量的值，如果信号量值大于0，表示有可用资源，然后将其减1。如果信号量值小于或等于0，进程必须等待。
【填空题】 在信号量机制中，每次signal操作意味着（释放一个临界资源），因此应将S.value（加1；加一），当S.value<=0时表示（仍有请求该资源的进程被阻塞），此时应(唤醒相应阻塞队列中的首进程)。
- 解析： signal操作会增加信号量的值，表示有资源被释放。如果信号量的值小于或等于0，表示有进程在等待这个资源，需要唤醒等待队列中的进程。
【填空题】 在利用信号量实现进程互斥时，应将临界区置于（P操作；p操作）和（V操作；v操作）之间。
- 解析： 临界区的代码应该被放置在P操作和V操作之间，以确保同一时间只有一个进程可以执行临界区代码。
【填空题】 设有10个进程共享一个互斥段，如果最多允许有1个进程进入互斥段，则所采用的互斥信号量初值应设置为（1），而该信号量的取值范围为（[-9，1]；-9~1；（-9，1）；-9，1；【-9，1】）；如果最多允许有3个进程同时进入互斥段，则所采用的互斥信号量初值应设置为（3）。
- 解析： 互斥信号量的初始值表示可以进入临界区的进程数量。如果允许3个进程同时进入，初始值应为3，取值范围从-9到3。
【填空题】 用信号量S实现对系统中4台打印机的互斥使用，S.value的初值应设置为（4），若S.value的当前值为-2，则表示S.L队列中有（2）个等待进程。
- 解析： 信号量的初始值设置为资源的数量，这里是4台打印机。如果信号量的值为-2，表示有2个进程正在等待这些打印机。
【填空题】 在多道程序环境中，进程之间存在的相互制约关系可以分为互斥和同步两种，，其中（互斥；互斥关系）是指进程之间使用共享资源时的相互约束关系，而（同步；同步关系）是指进程之间的相互协调，相互配合关系。
- 解析： 互斥关系确保同一时间只有一个进程可以访问共享资源，而同步关系确保进程按照某种顺序执行。
【填空题】 使用临界区的四个准则是（空闲让进）、（忙则等待）、（有限等待）和（让权等待）。
- 解析： 这四个准则是确保临界区正确使用的基本规则，它们确保了进程互斥和同步的正确性。

二. 单选题（共6题）

【单选题】 如果有3个进程共享同一程序段，而且每次最多允许两个进程进入该程序段，则信号量的初值应设置为( )。
- A、3
- B、2
- C、1
- D、0
- 正确答案： B
- 解析： 信号量的初始值应设置为允许同时进入程序段的最大进程数，这里是2。
【单选题】 设有四个进程共享资源，如果每次只允许一个进程使用该资源，则用P,V操作管理时信号量S的可能取值是( )。
- A、3，2，1，0，–1
- B、2，1，0，–1，–2
- C、1，0，–1，–2，–3
- D、4，3，2，1，0
- 正确答案： C
- 解析： 信号量的初始值应为1，表示一个资源可用。当资源被使用时，信号量值减少，直到所有进程都在等待时，信号量值为-3。
【单选题】 对于两个并发进程都想进入临界区，设互斥信息量为S,若某时S=0,表示（）。
- A、没有进程进入临界区
- B、有1个进程进入了临界区
- C、有2个进程进入临界区
- D、有1个进程进入了临界区并且另一个进程正等待进入
- 正确答案： B
- 解析： 当信号量S为0时，表示有一个进程正在使用临界资源。
【单选题】 以下关于临界区的说法，（）是正确的。
- A、对于临界区，最重要的是判断哪个进程先进入
- B、若进程A已进入临界区，而进程B的优先级高于进程A，则进程B可以打断进程A而自己进入临界区
- C、信号量的初始值非负，在其上只能做P,V操作
- D、两个互斥进程在临界区，对共享变量的操作是相同的
- 正确答案： C
- 解析： 信号量的初始值非负，且只能通过P和V操作来改变其值。
【单选题】 对临界区的正确论述是（）。
- A、临界区是指进程中用于实现进程互斥的那段代码
- B、临界区是指进程中用于实现进程同步的那段代码
- C、临界区是指进程中用于实现进程通信的那段代码
- D、临界区是指进程中访问临界资源的那段代码
- 正确答案： D
- 解析： 临界区是进程中访问共享资源的那段代码。在多进程环境中，为了避免竞态条件和数据不一致，需要确保在同一时间内只有一个进程可以访问临界区。临界区的访问通常需要通过互斥机制来控制，但这并不意味着临界区本身是用来实现互斥的。互斥和同步是确保临界区正确访问的两个不同概念，互斥确保同一时间只有一个进程访问临界区，而同步则涉及到进程间的协调，确保它们按照某种顺序执行。
【单选题】 同步是指进程之间逻辑上的（）关系。
- A、制约
- B、调用
- C、连接
- D、排斥
- 正确答案： A
- 解析： 同步是指进程之间逻辑上的制约关系。在操作系统中，同步用于协调多个进程或线程的执行顺序，以确保它们在访问共享资源时不会发生冲突。同步机制可以保证进程或线程在执行到某个关键点时，如果所需资源不可用，它们会等待直到资源变得可用。这种逻辑上的制约关系确保了进程间的协调执行，防止了资源竞争和数据不一致的问题。同步与互斥不同，互斥是同步的一种特殊形式，专注于确保同一时间只有一个进程可以访问特定的资源或代码段。

三. 判断题（共4题）

【判断题】 P,V操作中信号量的值永远代表着某类可用资源的数量。
- 正确答案： 错
【判断题】 对临界区应采用互斥访问的方式实现共享。
- 正确答案： 对
【判断题】 P,V操作既可以用来实现进程之间的同步，也可以实现互斥。
- 正确答案： 对
【判断题】 所有的共享资源都是临界资源。
- 正确答案： 错

3.3经典进程同步与互斥问题

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3.4进程通信

【本节知识点】

进程通信是指进程之间的信息交换。各进程在执行过程中为合作完成一项共同任务，需要协调步伐，交流信息。进程通信方式有：共享存储器系统、消息传递系统、管道通信。

【章节测试】

一. 单选题（共3题）

【单选题】 信箱通信是一种（）方式。
- A、直接通信
- B、间接通信
- C、低级通信
- D、信号量
- 正确答案： B
- 解析： 信箱通信（Mailbox Communication）是一种间接通信方式，进程通过信箱发送和接收消息，而不是直接交换信息。这种方式允许进程在不同的时间发送和接收消息，从而实现异步通信。
【单选题】 在消息缓冲通信中，消息队列是一种（）资源。
- A、临界
- B、共享
- C、永久
- D、可剥夺
- 正确答案： A
- 解析： 消息队列是一种临界资源，因为它在同一时间只能被一个进程访问。多个进程可能会尝试同时访问消息队列来发送或接收消息，因此需要互斥机制来确保消息队列的一致性和完整性。
【单选题】 （）不是进程之间的通信方式。
- A、过程调用
- B、消息传递
- C、共享存储器
- D、信箱通信
- 正确答案： A
- 解析： 过程调用（Procedure Call）不是进程间通信（IPC）的一种方式。它是一种在同一进程内的函数或方法调用。而消息传递、共享存储器和信箱通信都是进程间通信的不同机制，允许不同进程之间交换信息。