进程同步和避免死锁的基本工作原理
进程同步和避免死锁是操作系统中重要的概念和技术，用于管理并发执行的进程。本文将介绍进程同步和死锁的基本工作原理，并提供相关指导意义。
进程同步是指多个进程在共享资源的过程中进行协调和合作，以确保它们能够正确地访问和使用这些资源。进程同步的基本工作原理是通过使用临界区（也称为互斥量或锁）来限制同时访问共享资源的进程数量。当一个进程进入临界区时，其他进程必须等待，直到进程离开临界区才能进入。这种机制确保了资源的互斥访问，避免了竞争和冲突。
为了实现进程同步，操作系统提供了许多同步原语，如互斥量、信号量和条件变量。互斥量可以通过加锁和解锁操作来实现临界区的访问控制。信号量可以用于实现进程间的通信和协调，例如通过等待和发送信号来控制进程的顺序和执行。条件变量用于在进程之间传递消息和等待特定条件的发生。
然而，进程同步的实现过程中可能会遇到死锁的问题。死锁是指两个或多个进程因为相互等待对方所持有的资源而无法继续执行的状态。为了避免死锁，必须满足以下条件：互斥条件（每个资源只能由一个进程占用）、占有和等待条件（进程在等待其他进程释放资源时继续占有资源）、不可剥夺条件（资源只能由占有它的进程主动释放）、循环等待条件（进程之间形成一种循环等待资源的关系）。
为了解决死锁问题，可以采用以下方法：鸵鸟算法（忽略死锁的
存在）、死锁检测与恢复（检测死锁的发生并采取措施进行恢复）、
死锁预防（通过破坏死锁发生的必要条件来预防死锁）、死锁避免
（通过资源动态分配的策略来避免发生死锁）、死锁解除（当发生死
锁时，选择牺牲一些进程或资源来解除死锁状态）。
综上所述，进程同步和避免死锁是操作系统中重要的概念和技术。了解进程同步的基本工作原理和方法，以及死锁的条件和解决方法，
对于设计和实现高效、安全的并发系统至关重要。同时，合理地利用
同步原语和预防死锁的策略，能够提高系统的性能和可靠性。
1、操作系统是管理系统资源、控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，合理组织计算机工作流程和为用户使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。配置操作系统的主要目标：方便用户使用；扩大机器功能；管理系统资源；提高系统效率；构筑开放环境。 2、系统调用是一种中介角色，把用户和硬件隔离开来，应用程序只有通过系统调用才能请求系统服务并使用系统资源。系统调用是应用程序获得操作系统服务的唯一途径。系统调用可分为：进程管理、文件操作、设备管理、贮存管理、进程通信、信息维护六类。 3、系统调用的实现原理：⑴编写系统调用处理程序⑵设计一张系统调用入口地址表，每个入口地址都指向一个系统调用的处理程序，有的系统还包含系统调用自带参数的个数⑶陷入处理机制，需开辟现场保护，以保存发生系统调用时的处理器现场。 4、系统调用与过程调用的主要区别：⑴调用形式不同⑵被调用代码的位置不同⑶提供方式不同⑷调用的实现不同 5、系统调用的作用：(1)内盒可以基于权限和规则对资源访问进行裁决，保证系统的安全性(2)系统调用对资源进行抽象，提供一致性接口，避免用户使用资源时发生错误且提高编程效率 5、用户态转向核心态：程序请求操作系统服务，执行系统调用；在程序运行时产生中断或异常事件 6、中断的概念：指在程序执行过程中，遇到急需处理的事件时，暂时中止现行程序在CPU上的运行，转而执行相应的事件处理程序，待处理完成后再返回断点或调度其他程序执行。
进程线程区别联系： 进程：是一个可并发执行的具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次执行过程，也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。 线程：是操作系统进程中能够独立执行的实体，也是处理器调度和分派的基本单位。是进程的组成部分，每个进程内允许包含多个并发执行的实体 引入进程的原因：一是刻画系统的动态性，发挥系统的并发性，提高资源利用率。 二是解决共享性，正确描述程序的执行状态。 8、进程最基本的状态有三种：运行态：进程占有处理器正在运行。就绪态：进程具备运行条件，等待系统分配处理器以便运行。等待态：又称为阻zǔ塞sè态或睡眠态，指进程不具备运行条件，正在等待某个事件的完成。进程状态转换的具体原因：运行态等待态等待使用资源或某事件发生，如等待外设传输、等待人工干预。等待态就绪态资源得到满足或某事件已经发生，如外设传输结束；人工干预完成。运行态就绪态运行时间片到，或出现有更高优先权进程。就绪态运行态 CPU空闲时被调度选中一个就绪进程执行。 9、进程控制块(PCB)的概念和组成：每个进程有且仅有一个进程控制块（PCB），或称进程描述符，它是进程存在的唯一标识，是操作系统用来记录和刻画进程状态及有关信息的数据结构，是进程动态特征的一种汇集，也是操作系统掌握进程的唯一资料结构和管理进程的主要依据。包含三类：标识信息，现场信息，控制信息 10、临界区管理的基本原则：一次至多一个进程能够在它的临界区内；不能让一个进程无限地留在它的临界区内；不能强迫一个进程无限地等待进入它
中南大学网络教育课程 《操作系统》复习题及参考答案 一、判断题： 1.操作系统的目的是提供一个让用户能方便地、高效地执行程序的环境。 [ ] 2.在单CPU环境下可以实现“多道程序系统”。 [ ] 操作系统是多用户多任务操作系统。 [ ] 4.资源共享是现代操作系统的一个基本特征。 [ ] 5.就绪状态、执行状态和挂起状态是进程的三种基本状态。 [ ] 6.程序在并发执行时会失去封闭性。 [ ] 7.进程是程序的一次执行，两个同时存在的进程所对应的程序总是不同的。 [ ] 8.在单处理机系统中，多个进程并行执行是指它们同时处于进程的“运行状态”。 [ ] 9.进程状态可由就绪状态转换到阻塞状态 [ ] 10.进程状态可由阻塞状态转移到运行状态（不考虑挂起状态）。 [ ] 11.独占型设备使用前必须先请求分配。 [ ] 12.一个批处理型作业的调度可能要经历高级调度、低级调度和中级调度三个阶段。 [ ] 13.作业周转时间是指作业需要的运行时间。 [ ] 14.预防死锁是指在资源动态分配过程中，用某种方法去防止系统进入不安全状态。 [ ] 15.死锁与程序的死循环一样。 [ ] 16.绝对装入方式需要对内存地址进行重定位。 [ ] 17.“对换”是指把内存中暂不能运行的数据调到外存。 [ ] 18.具有快表的存储管理系统中，CPU每次存储数据都只访问一次内存。 [ ] 19.在进行页面置换时，被淘汰的页都要回写到辅存。 [ ] 20.在虚拟存储系统中，操作系统为用户提供了巨大的存储空间。因此，用户地址空间的 大小可以不受任何限制 [ ] 21.磁带是可直接存取的设备。 [ ] 22.在文件的索引存取方法中，允许随意存取文件中的一个记录。 [ ] 23.文件的目录通常存放在外存中。 [ ] 24.在文件的直接存取方法中，允许随意存取文件中的一个记录。 [ ] 二、填空题： 1.操作系统的基本任务是________。 2.常用的操作系统有_______、_______、_______、________。 3.人工操作方式的缺点主要是________、________。 4.多道批处理系统具有________、_________和_________特征。 5.分时系统的四个主要特征是__________、__________、__________、________。 6.操作系统主要是对_________、_________、_________、_________四种资源进行管理。 7.按设备的共享属性分类可分为_________、_________、_________。 8.程序顺序执行时的特征有_________、_________、_________。 9.程序的并发执行的特征有_________、_________、_________。 10.处于执行状态的进程，若其“时间片结束”，则该进程在三种基本状态中应从________状态变为 _________状态。 11.运行过程中，进程可能具有_________、_________、_________三种状态。 12.临界区是指________。
简答题 一、第一章操作系统引论 1.实时系统与分时系统的区别? 1)多路性。 1.实时信息处理系统也按分时原则为多个终端用户服务。 2.实施控制系统的多路性则主要表现在系统周期地对多路现场信 息进行采集，以及对多个对象或多个执行机构进行控制。 3.分时系统中的多路性则与用户情况有关，时多时少。 2)独立性 1.实时信息处理系统中的每个终端用户在向实时系统提出服务请 求时，是彼此独立的操作，互不干扰。 2.实时控制系统中，对信息的采集和对象的控制也都是彼此互不干 扰。 3)及时性 1.实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所 能接受的等待时间来确定的。 2.实时控制系统的及时性，则是以控制对象所要求的开始截至时间 或完成截止时间来确定的。 4)交互性 1.实时信息处理系统中，人与系统的交互仅限于访问系统中某些特 定的专用服务程序 2.分时系统可以向终端用户提供数据处理和资源共享服务。 5)可靠性 1.分时系统和实时系统均要求系统可靠，实时系统比分时系统更可 靠。 2.操作系统的主要功能 1)处理机管理
1.进程同步：进程同步的主要任务是为多个进程（含线程）的运行 进行协调（两种协调方式） a)进程互斥方式 b)进程同步方式 2.进程通信：进程通信的主要任务就是用来实现在相互合作的进程 之间的信息交换。 3.调度：在传统的操作系统中，包括作业调度和进程调度两步 2)存储器管理 1.内存分配：分为静态和动态两种方式 2.内存保护：主要任务是确保没到用户程序都在自己的内存空间内 运行，彼此互不干扰。 3.地址映射：逻辑地址和物理地址 4.内存扩充 3)设备管理 1.缓冲管理 2.设备分配 3.设备处理 4)文件管理 1.文件存储空间的管理：其主要任务是为每个文件分配必要的外存 空间，提高外存的利用率，并能有助于提高问价系统的存取速度. 2.目录管理 3.文件读写管理与保护 5)操作系统与用户的接口 1.用户接口 a)联机用户接口 b)脱机用户接口 c)图形用户接口 2.程序接口 二、第二章进程管理
《操作系统》基本知识点 目录 第1章 (4) 1.操作系统的概念* (4) 2.操作系统的历史* (4) 3.操作系统的基本类型* (5) 4.操作系统的功能* (5) 5.研究操作系统的观点* (5) 第2章操作系统用户界面 (6) 6.操作系统的用户界面有哪些* (6) 7.操作系统命令接口的主要控制方式 (6) 8.作业的的概念、作业状态及作业控 制 (6) 9.作业建立的方法（SPOOLING系统 *） (7) 10. UNIX系统的三层结构是哪些？各 层包含些什么？* .......... 错误!未定义书签。第3章进程管理 .. (7) 11.在单道程序系统中和在多道程序 第 1 页共23 页
系统中，程序执行的特点各有哪些？* (7) 12.进程的概念* (7) 13.进程的特征* (7) 14.进程、程序和作业的联系与区别* (8) 14.进程的描述* (8) 15.进程状态及其转换* (8) 16.进程互斥与同步* (9) 17.什么是死锁？死锁产生的原因？ 产生死锁的必要条件？进程互斥与同 步* (12) 18.什么是线程？为什么要引入线 程？ (13) 19. 进程和线程的关系有哪些？ (13) 20.引入线程的好处有哪些？* (13) 第4章处理机调度 (14) 21. 什么是作业调度？什么是进程调 度？进程调度的时机有哪些？* (14) 22. 常用的调度算法有哪些？它们适 用范围如何？* (14) 2
23.完成下列各题： (14) 第5章存储管理 (16) 24. 要求完成下列各题： (16) 25. 要求能做本章所有作业。* (17) 26. 页式管理的优缺点。 (17) 27. 段式管理的优缺点。 (18) 第7章文件系统 (18) 28. 要求完成下列题目: (18) 29. 如下图示，是某操作系统在某一 时该文件系统管理情况，请回答如下 问题： (18) 第8章设备管理 (20) 30. 设备管理的功能和任务。* (20) 31. 数据传送控制方式。* (20) 32. 中断的处理过程。* (20) 33. 中断的类型。* (21) 34. 设备管理中引入缓冲技术的原 因。* (21) 35. 要求能做作业9、10题。*错误!未定义书签 36. 设备管理中设备分配用的数据结 第 3 页共23 页
1、简述操作系统的基本特征。 答：（1）并发。在单处理机、多道程序环境下并发是指一段时间内，宏观上多个程序同时运行、微观上交替运行的情形。OS中引入进程的概念就是为了实现并发；（2）共享。是指系统中并发执行的多个进程共享系统资源。根据资源属性可以有互斥共享和同时访问两种方式；（3）虚拟。OS会通过虚拟技术实现系统功能的扩充。(4)异步性。并发执行的多个进程由于资源的限制会出现“走走停停”的运行模式 2、试分析引起进程阻塞和唤醒的事件主要有哪些。 答：（1）请求系统服务。当正在执行的进程请求系统提供服务而系统无法满足其请求时，进程阻塞等待；由释放服务的进程唤醒阻塞进程。（2）启动某种操作。当进程启动某种I/O操作后阻塞以等待操作完成；由中断处理程序唤醒阻塞进程。（3）新数据尚未到达。相互合作的进程中，消费者进程阻塞等待数据到达；生产者进程在数据到达后唤醒阻塞进程。（4）无新工作可做。系统进程没有新工作可做时阻塞等待；当有进程发出请求时唤醒阻塞进程。 3、简述在操作系统中引入缓冲的主要原因。 答：（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。（2）减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制。（3）提高CPU和I/O设备之间的并行性。 4、以独占设备为例简述设备分配的过程。（1）设备的分配（2）控制器的分配。（3）通道的分配。只有在三者都分配成功时，设备分配才算成功。 5 常用的死锁解除策略有：剥夺资源；撤消进程。 （1）虚拟存储器：由进程中的目标代码、数据等的虚拟地址组成的虚拟空间称为虚拟存储器。也可解释为仅把作业的一部分装入内存便可运行作业的存储器系统；具体地说是指具有调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。 （2）死锁：指各并发进程彼此互相等待对方所拥有的资源，而且这些并发进程在得到对方的资源之前不会释放自己所拥有的资源。从而造成大家都想的到资源而又的不到资源，各并发进程不能继续向前推进的状态。 （1）段页式管理这种存储管理方式中为什么要设置高速联想寄存器 因为如果不采用高速联想寄存器，段页式的地址转换需要访问内存的次数将达三次以上，这将使cpu执行指令的速度大大降低，所以必须要设置高速联想寄存器，存放当前最常用的段号、页号和对应的内存页面与其它控制栏目，达到大大提高地址转换的目的。 （2）进程和程序有什么区别和联系 进程是一个动态概念，而程序是一个静态概念，程序是指令的有序集合，无执行含义， 进程则强调执行的过程。进程具有并行特征，程序没有。进程是竞争计算机系统资源 的基本单位。不同的进程可以包含同一个程序，同一程序也可产生多个进程。 （3）什么是系统调用简述系统调用的实现过程。 系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口。编程人员利用系统调用，在源程序一级动态请求和释放系统资源，调用系统中已有的系统功能来完成那些与机器硬件部分相关的工作以及控制程序的执行速度等。 实现过程：用户在程序中使用系统调用，给出系统调用名和函数后，即产生一条相应的陷入指令，通过陷入处理机制调用服务，引起处理机中断，然后保护处理机现场，取系统调用功能号
1、从资源分配的角度看，P操作意味着向系统（申请）一个资源，V操作意味着（释放）一个资源。 2、分时系统的四个特征是多路性，独立性，及时性，交互性。 3、原语在操作其间是不可以被中断。 4、信箱有公共信箱，私有信箱，共享信箱三种类型。 5、文件存储空间的三种管理方法是空闲块链，空白文件目录，位示图。 6、在进程的轮转调度算法中，如果时间片为无穷大，则轮转调度就变为先来先服务 调度。 7、设某进程的访问串为：1，3，1，2，4，分配给它的页框数为3，按FIFO页面置换算法，当访问4号页面时，应淘汰(1号页面)号页面。 8、采用Spooling技术可将独占型设备改造为( 可共享的虚设备)。 9、多道程序系统中设置特权，非特权两种指令；相应有管态/系统态，目态/用户态两种 处理机状态。 10、操作系统的基本任务是：对计算机系统资源进行管理，给用户使用计算机提供一个 友好接口 11、所谓通道是专门用来控制输出输入设备的处理机，称为I/O处理机 12、死锁的必要条件之一是“互斥”，该条件是指对所分配的资源进行排它性的使用，即在 一段时间内资源只有一个进程占用 13、处于执行状态的进程，若其“时间片结束”，则该进程在三种基本状态中应从执行状 态变为就绪状态。 14、文件控制块中的“文件说明”信息是当用户执行open操作时，才从辅存调入主存。 15、对于段页式系统，当要访问主存中的一个数据时，若联想存储器匹配失败，则需要访 问（ 3 ）次主存。 16、用户程序中是通过系统调用与操作系统实现接口的。 17、用位示图表征辅存空间的优点是占用空间小，速度快 18、读／写一次磁盘信息所需的时间可分解为寻道时间，旋转延迟时间，传输时间三类。 19、文件按其用途可分为：用户文件、系统文件，库文件。 20、设页面大小为29个字，现有二进制表示的有效地址：101011100110，该有效地址属 于第（ 5 ）页。 21、操作系统的两个主要功能是管理系统资源，为应用程序提供服务接口。 23、程序并发执行的特征有间断性，失去封闭性，不可再现性。 24、当时间片轮转调度中时间片无限大时，则该算法变成现来现服务算法。 25、某系统有224字节内存，固定分区大小为65536字节，进程表中的每个表项最少用（ 8 ）位来记录分配给进程的分区。 26、局部性原理包括时间局部性，空间局部性。 27、死锁预防是指破坏掉死锁的四个必要条件之一来防止死锁。 28、直接存储器DMA方式是专对块设备设备进行I/O控制的。 29、文件按物理结构可分为顺序文件，链接文件，索引文件三类文件。
操作系统原理复习大纲 1. 什么是进程的上下文？它主要包含哪几个部分？ 进程在执行过程中的静态描述 进程上下文由用户级上下文，寄存器上下文以及系统级上下文组成。 2. 硬件支持互斥有哪些方法？它们各有哪些缺点？ 关中断，TS硬件指令，swap指令互斥 关中断时间长影响系统效率，只能在一个处理器上运行 其他两个指令容易造成CPU忙等待 3. 试述死锁的必要条件。 ①进程互斥②请求和保持③不可抢占④循环等待 4.画出进程的五状态转换图，并说明引起进程状态转换的典型原因。 创建允许就绪 I/O完成时间片完 进程调度 释放 阻塞执行终止 I/O介入 5. 在银行家算法中，若出现下面的资源分配情况： 该状态是否安全？如果进程P2提出请求Request(1,2,2,2)后，系统能否把资源分配给它？ (a) 利用安全性算法进行分析，可以找到一个安全序列(P0,P3,P4,P1,P2)，所以系统处于安全状态。 (b) 进程P2提出请求Request(1,2,2,2)时，系统不能将资源分配给它。 (c) 系统立即满足进程P2的请求(1,2,2,2)后，并没有马上进入死锁状态。只有当其他进程提出新的请求，并导致所有没有执行完的多个进程因得不到资源而阻塞时，系统才进入死锁状态。
6. 设有4个进程P1、P2、P3、P4，它们到达就绪队列的时间、运行时间及优先级如下表所示（优先级数值越小优先级就越高）。若采用可剥夺的优先级调度算 。 等待时间=开始运行时间-到达就绪队列时间 周转时间=运行结束时间-到达就绪队列时间 7. 采用分页存储管理的系统中，如果地址结构长度为18位，其中11-17位表示页号，0-10表示页内位移。若一进程的各页依次放入2、3、7号物理块中，那么主存容量最大可为多少KB？分为多少块？每块有多大？逻辑地址1500（十进制）应在哪个页内？对应的物理地址是多少？ （1）主存容量最大为2的18次方，即256K 可分为2的7次方块，即128块 每块大小为2的11次块，即2K （2）逻辑地址A=1500 对应页号(int)(1500/211)=0 页内偏移量W=1500 物理地址E=2*211+1500=5596 8. 在一个采用页式虚拟存储管理的系统中，有一用户进程，它依次要访问的字地址序列为：115、228、120、88、446、102、321、432、260、167。若该进程的第0页已经装入内存，现分配给该进程的主存共300字，页的大小为100字，按FIFO调度算法将产生多次缺页中断以及缺页中断率？ （1）按FIFO调度算法将产生次缺页中断，依次淘汰的页号为，缺页中断率为。按FIFO调度算法将产生5次缺页中断；缺页中断率为：5/10=50% 9. 假定某采用分页存储管理的系统中，主存容量为4MB，被分成1024块，块号为0，1，2，…，1023。某作业的地址空间占4页，其页号为0，1，2，3，被分配到主存的第28，26，12，57块中。那么主存地址应该用多少位来表示？作业
进程同步和避免死锁的基本工作原理 进程同步和避免死锁是操作系统中重要的概念和技术，用于管理并发执行的进程。本文将介绍进程同步和死锁的基本工作原理，并提供相关指导意义。 进程同步是指多个进程在共享资源的过程中进行协调和合作，以确保它们能够正确地访问和使用这些资源。进程同步的基本工作原理是通过使用临界区（也称为互斥量或锁）来限制同时访问共享资源的进程数量。当一个进程进入临界区时，其他进程必须等待，直到进程离开临界区才能进入。这种机制确保了资源的互斥访问，避免了竞争和冲突。 为了实现进程同步，操作系统提供了许多同步原语，如互斥量、信号量和条件变量。互斥量可以通过加锁和解锁操作来实现临界区的访问控制。信号量可以用于实现进程间的通信和协调，例如通过等待和发送信号来控制进程的顺序和执行。条件变量用于在进程之间传递消息和等待特定条件的发生。 然而，进程同步的实现过程中可能会遇到死锁的问题。死锁是指两个或多个进程因为相互等待对方所持有的资源而无法继续执行的状态。为了避免死锁，必须满足以下条件：互斥条件（每个资源只能由一个进程占用）、占有和等待条件（进程在等待其他进程释放资源时继续占有资源）、不可剥夺条件（资源只能由占有它的进程主动释放）、循环等待条件（进程之间形成一种循环等待资源的关系）。
为了解决死锁问题，可以采用以下方法：鸵鸟算法（忽略死锁的 存在）、死锁检测与恢复（检测死锁的发生并采取措施进行恢复）、 死锁预防（通过破坏死锁发生的必要条件来预防死锁）、死锁避免 （通过资源动态分配的策略来避免发生死锁）、死锁解除（当发生死 锁时，选择牺牲一些进程或资源来解除死锁状态）。 综上所述，进程同步和避免死锁是操作系统中重要的概念和技术。了解进程同步的基本工作原理和方法，以及死锁的条件和解决方法， 对于设计和实现高效、安全的并发系统至关重要。同时，合理地利用 同步原语和预防死锁的策略，能够提高系统的性能和可靠性。
操作系统进程管理实验报告 一、引言 在现代计算机科学中，操作系统的进程管理是确保系统高效运行的关键环节。本实验旨在通过观察和分析操作系统的进程管理行为，深入理解进程的创建、运行和终止过程，以及操作系统如何对进程进行调度和资源分配。 二、实验目标 1、理解进程的基本概念、进程状态及转换。 2、掌握进程的创建、终止和调度方法。 3、观察和分析进程在运行过程中的资源消耗和调度行为。 4、分析操作系统对进程的资源分配和调度策略对系统性能的影响。 三、实验环境与工具 本实验在Linux操作系统上进行，使用GNU/Linux环境下的工具进行进程的创建、监控和调度。 四、实验步骤与记录
1、创建进程：使用shell命令“fork”创建一个新的进程。记录下父进程和子进程的PID，以及它们在内存中的状态。 2、进程状态观察：使用“ps”命令查看当前运行进程的状态，包括进程的PID、运行时间、CPU使用率等。同时，使用“top”命令实时监控系统的CPU、内存等资源的使用情况。 3、进程调度：在“crontab”中设置定时任务，观察系统如何根据预设的调度策略分配CPU资源给各个进程。 4、资源分配：通过修改进程的优先级（使用“nice”命令），观察系统如何调整资源分配策略。 5、终止进程：使用“kill”命令终止一个进程，并观察系统如何处理该进程占用的资源。 五、实验结果与分析 1、创建进程：通过“fork”系统调用，成功创建了一个新的进程，并获取了父进程和子进程的PID。在内存中，父进程和子进程的状态分别为“running”和“ready”。 2、进程状态观察：使用“ps”命令可以看到父进程和子进程的状态
同步发电机基本工作原理及运行特性 一、基本工作原理及结构 同步发电机是利用电磁感应原理，将机械能转变为电能的装置。所谓电磁感应就是导体切割磁力线的能产生感应电势，将导体连接成闭合回路，就有电流通过的现象。导体镶嵌在铁芯的槽里，铁芯是固定不动的称为定于（静子）。磁极是转动的，称为转子。它是由励磁绕组和铁芯组成的。励磁绕组通过滑环与外部励磁回路相连，定子和转子是发电机的基本组成部分。 那么，三相交流电是如何产生的呢？ 直流电通入转子绕组后，就产生了稳恒的磁场，沿定于铁芯内圆，每相隔120度，分别安放三相绕组A－X、B－Y、C－Z。当转子被汽轮机拖动以3000r/min旋转时，定子绕组便切割磁力线，产生感应电势，感应电势的方向可由右手定则来确定。由于转子产生的磁场是旋转磁场，所以定子绕组切割磁力线的方向不断变化，在其中感应的电势方向就不断变化，因而形成交变电势即交流电势。 交流电势的额定频率为f，它决定于发电机的极对数P和转速n，其计算公式 为:f=np/60HZ，我国规定交流电的频率为50HZ。即：p=1，n=3000r/min 交流电势的相位关系：转子以3000r/min的转速不停地旋转A、B、C三相绕组先后切割转子磁场的磁力线，所以三相绕组中电势的相位是不同的，因为定子绕组在安放时，空间角度相差120°相序为A－B－C。 何为同步呢？当发电机并列带负荷后，三相绕组中的定子电流（电枢电流）将合成一个旋转磁场，交流磁场与转子同速度，同方向旋转，这就是同步。 二、同步发电机的运行特性 同步发电机的运行特性，一般是指发电机的空载特性、短路特性、负载特性、外特性和调整特性等五种。其中，外特性和调整特性是主要的运行特性，根据这些特性，运行人员可以判断发电机的运行状态是否正常，以便及时调整，保证高质量安全发电。而空载特性、短路特性、负载特性则是检验发电机基本性能的特性，用于测量，计算发电机的各项基本参数。 1、外特性 所谓外特性，就是励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下，负荷变化时发电机端电压U的变化曲线。 外特性可以用来分析发电机运行中的电压流动情况，并以此对自动励磁调节器的调压范围提出要求。发电机电压波动情况可以由电压变化率来描述。所谓电压变化率，就是发电机从空载到额定负载，端电压变化对额定电压的百分数。汽轮发电机的电压变化率一般在30%~48%的范围。
第三章死锁习题 一、填空题 1．进程的“同步”和“互斥”反映了进程间①和②的关系。 【答案】①直接制约、②间接制约 【解析】进程的同步是指在异步环境下的并发进程因直接制约而互相发送消息，进行相互合作、相互等待，使得各进程按一定的速度执行的过程；而进程的互斥是由并发进程同时共享公有资源而造成的对并发进程执行速度的间接制约。 2．死锁产生的原因是①和②。 【答案】①系统资源不足、②进程推进路径非法 【解析】死锁产生的根本原因是系统的资源不足而引发了并发进程之间的资源竞争。由于资源总是有限的，我们不可能为所有要求资源的进程无限地提供资源。而另一个原因是操作系统应用的动态分配系统各种资源的策略不当，造成并发进程联合推进的路径进入进程相互封锁的危险区。所以，采用适当的资源分配算法，来达到消除死锁的目的是操作系统主要研究的课题之一。 3．产生死锁的四个必要条件是①、②、③、④。 【答案】①互斥条件、②非抢占条件、③占有且等待资源条件、④循环等待条件 【解析】 互斥条件：进程对它所需的资源进行排它性控制，即在一段时间内，某资源为一进程所独占。 非抢占条件：进程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其它进程强行夺走，即只能由获得资源的进程自己释放。 占有且等待资源条件：进程每次申请它所需的一部分资源，在等待新资源的同时，继续占有已分配到的资源， 循环等待条件：存在一进程循环链，链中每一个进程已获得的资源同时被下一个进程所请求。 4．在操作系统中，信号量是表示①的物理实体，它是一个与②有关的整型变量，其值仅能由③原语来改变。 【答案】①资源，②队列，③P-V 【解析】信号量的概念和P-V原语是荷兰科学家E．W．Dijkstra提出来的。信号量是一个特殊的整型量，它与一个初始状态为空的队列相联系。信号量代表了资源的实体，操作系统利用它的状态对并发进程共享资源进行管理。信号量的值只能由P-V原语来改变。 5．每执行一次P原语，信号量的数值S减1。如果S>=0，该进程①；若S<0，则②该进程，并把它插入该③对应的④队列中。 【答案】①继续执行，②阻塞（等待），③信号量，④阻塞（等待） 【解析】从物理概念上讲，S＞0时的数值表示某类资源可用的数量。执行一次P原语，意味着请求分配一个单位的资源，因此描述为S=S－1。当S<0时，表示已无资源，这时请求资源的进程将被阻塞，把它排在信号量S的等待队列中。此时，S的绝对值等于信号量队列上的阻塞的进程数目。 6．每执行一次V原语，信号量的数值S加1。如果①，Q进程继续执行；如果S＜=0，则从对应的②队列中移出一个进程R，该进程状态变为③。 【答案】①S＞0，②等待，③就绪 【解析】执行一次V原语，意味着释放一个单位的资源。因此，描述为S=S＋1。当S<0时，表示信号量请求队列中仍然有因请求该资源而被阻塞的进程。因此，应将信号量对应的阻塞队列中的第一个进程唤醒，使之转至就绪队列。 7．利用信号量实现进程的①，应为临界区设置一个信号量mutex。其初值为②，表示该资源尚未使用，临界区应置于③和④原语之间。
操作系统总复习 第一章操作系统概论 1.什么是操作系统，功能 2.操作系统具有哪些特征？什么是并发？什么是共享？它们有什么关系？ 3.说明单道批处理系统和多道批处理的特点及优缺点。 4.说明指令执行的过程。 第二章进程的描述与控制 1.什么是进程?比较进程与程序。 2.进程的特征 3.什么是进程控制块？*举例说明操作系统是如何利用进程控制块中的信息来管理进程的？ 4.进程的状态 5.*举例说明进程被创建的时机 6.中断定义、作用、过程 7.时钟的重要性和应用。 8.什么是系统态和用户态？举例说明系统调用的执行过程。 9.简要说明系统调用执行的过程。为什么执行系统调用比执行普通函数调用的系统开销大？ 10.什么是线程？为什么引入线程？线程与进程有什么区别与联系？举例说明线程可以如何实现？
第三章同步进程 1、进程同步的任务： 2、同步与互斥关系： 3、临界资源 4、同步机制应遵循的准则 5、实现临界区互斥的基本方法： 6、请给出整型信号量和记录型信号量的数据结构和wait、signal操作的伪代码。 7、为什么在生产者-消费者问题中wait操作的顺序不能颠倒？ 8、如何利用记录型信号量机制解决生产者-消费者问题、读者-写者问题？（写出正确的同步代码） 9、烙饼实例： 第四章进程调度 1.支持多任务的操作系统为什么需要进程调度功能？ 2.操作系统什么时候执行进程调度程序？ 3.进程调度程序可以采用哪些调度算法？ 4.有哪些评价进程调度算法的量化指标？ 5.实时处理系统 第五章死锁 1.死锁的基本概念
2.产生死锁的原因 3.产生死锁的必要条件 4.处理死锁的基本方法 5.死锁的预防 5.系统的安全状态 6.利用银行家算法避免死锁 第六章内存管理 1.程序的装入和链接 2.连续分配存储管理方式 3.基本分页存储管理方式 4.分段存储管理 5.段页式存储管理 第七章虚拟内存管理 1、虚拟存储器的引入 2、虚拟存储器的实现方式 3、虚拟存储器的特征 4.请求分页中的硬件支持 5.页面分配 6.页面调入策略 7.页面置换算法 8.请求分页系统的性能分析
用P，V操作实现进程的同步与互斥 摘要：进程的同步与互斥是操作系统中的重要问题。通过P， V操作可以实现进程的同步与互斥。本论文从P，V操作的原 理入手，详细介绍了P，V操作在进程中的应用，以及它们对 进程同步和互斥的作用。通过本文的阐述，读者可以深入理解操作系统中P，V操作的实现原理及其在进程中的应用。 关键词：P，V操作；进程同步；进程互斥 正文： 1.引言 进程的同步与互斥是操作系统中的重要问题。同步是指在多进程环境下，控制进程之间相互合作的过程，互斥则是指在同一时间，只允许一个进程访问共享资源的过程。为了实现进程的同步与互斥，操作系统中通常使用P，V操作。 2.P，V操作原理 P，V操作是一种原子操作，它们可以保证在多进程环境下的 资源访问的同步和互斥。P操作用于请求共享资源，如果资源 已被其他进程占用，那么当前进程就会被阻塞，等待资源释放；V操作用于释放共享资源，如果有其他进程正在等待该资源，那么就会唤醒其中一个进程继续执行。 3.P，V操作在进程中的应用
在进程中，P，V操作主要用于实现进程之间的同步与互斥。 在同步方面，可以通过P操作等待其他进程执行完毕才继续 执行；在互斥方面，可以通过P操作占用共享资源，在使用 完毕后通过V操作释放资源。 4.P，V操作对进程同步和互斥的作用 P，V操作对进程同步和互斥的作用十分重要。在同步方面， P操作可以协调多个进程的执行顺序，使得它们按照一定的规 则执行；在互斥方面，P操作可以保证同一时间只有一个进程 占用共享资源，有效避免了资源冲突问题。 5.总结 通过P，V操作可以实现进程的同步与互斥。本文详细介绍了P，V操作的原理及其在进程中的应用，以及它们对进程同步 和互斥的作用。实践证明，P，V操作是一种有效的实现进程 同步与互斥的方法。6. P，V操作的局限性 虽然P，V操作能够解决进程同步与互斥问题，但是它们也存 在一些局限性。首先，P，V操作采用了忙等待的方式，需要 不断地检测是否可以进行操作，这会占用CPU资源。其次，P，V操作不支持优先级处理，如果出现了进程优先级低于等待队列中某些进程，那么这个进程就可能一直等待，无法得到资源。 7. 信号量的使用
永磁同步电机基本工作原理 永磁同步电机是一种利用永磁体和电磁绕组产生磁场相互作用来实现转动的电机。它具有高效率、高功率密度、高控制精度等优点，被广泛应用于工业生产和交通运输等领域。 永磁同步电机的基本工作原理是利用电磁感应定律和洛伦兹力原理。当电机外部加上三相对称的交流电源时，电流通过电机的定子绕组，产生旋转磁场。同时，永磁体的磁场与旋转磁场相互作用，产生转矩，使电机转动。 具体来说，当交流电源提供电流通过定子绕组时，电流在绕组中形成旋转磁场。而永磁体产生的磁场具有固定方向和固定磁极位置。当这两个磁场相互作用时，会产生转矩，使电机转动。 永磁同步电机的转子是由永磁体组成的，永磁体的磁场与定子绕组的磁场之间存在磁场差，这种差异会产生转矩。在电机运行过程中，转子上的磁场会尽量与定子产生的磁场保持同步，因此被称为同步电机。 为了实现电机的运转，还需要控制电机的电流和磁场。通常情况下，采用电流控制和磁场定向控制来实现对电机的控制。电流控制通过改变电机的输入电流来控制电机的转矩和速度。而磁场定向控制则通过控制电机的磁场方向来实现对电机的控制。这两种控制方式可以结合使用，以实现更精确的控制效果。
永磁同步电机的工作原理决定了它具有高效率和高控制精度的特点。由于永磁体的磁场固定不变，可以减少能量损耗，提高电机的效率。同时，电机的转矩和速度可以通过控制电流和磁场来实现精确的调节，使电机在不同工况下都能保持稳定的运行。 永磁同步电机是一种利用永磁体和电磁绕组产生磁场相互作用来实现转动的电机。它具有高效率、高功率密度、高控制精度等优点，被广泛应用于工业生产和交通运输等领域。通过电流控制和磁场定向控制，可以实现对电机的精确控制。永磁同步电机的工作原理为工程领域提供了一种高效、可靠的动力装置。
实现进程互斥的基本原理(一) 实现进程互斥的基本原理 什么是进程互斥 进程互斥是计算机系统中一种重要的概念，它指的是多个进程使 用共享资源时，需要通过一定的机制来保证同一时间内只有一个进程 可以访问共享资源，以避免数据的损坏或不一致。 进程互斥的需求 当多个进程同时对共享资源进行读写操作时，可能会出现数据冲 突的问题。为了解决这个问题，我们需要引入进程互斥机制，确保同 一时间内只有一个进程能够访问共享资源，从而避免并发操作导致的 数据错误。 进程互斥的基本原理 实现进程互斥的基本原理是通过引入临界区的概念来限制对共享 资源的访问。具体来说，我们可以通过以下几个步骤来实现进程互斥：1.定义一个临界区（Critical Section），用于包裹对共享资源的 访问代码。 2.在进入临界区之前，需要首先获得访问临界区的权限（也称为获 取锁）。
3.如果有其他进程正在访问临界区，则当前进程需要等待，直到其 他进程释放对临界区的访问权限。 4.当进程完成对共享资源的访问后，需要释放对临界区的访问权限， 以便其他进程可以进入临界区。 进程互斥的常用实现方法 实现进程互斥的方法有很多种，下面介绍几种常用的方法： 1. 互斥锁（Mutex） 互斥锁是一种非常常见的实现进程互斥的方法。它使用一个标志 来表示对临界区的访问状态，当一个进程获得互斥锁时，其他进程就 无法获得该锁，只能等待当前进程释放锁。 2. 信号量（Semaphore） 信号量是另一种常用的实现进程互斥的方法。它使用一个计数器 来表示对临界区的可访问数量，当计数器为0时，表示当前没有进程 可以访问临界区，其他进程只能等待。当一个进程完成对临界区的访 问后，需要将计数器加1，以便其他进程可以进入临界区。 3. 临界区（Critical Section） 临界区是最基本的实现进程互斥的方法。通过在对共享资源的访 问代码前后加上临界区的定义和释放操作，可以确保同一时间只有一 个进程可以进入临界区。然而，这种方法在实际应用中需要开发人员 自行处理各种并发访问的情况，较为繁琐。
同步器工作原理 同步器是计算机系统中的重要组件，它的主要功能是协调并发 执行的多个线程或进程之间的顺序和时序关系，以确保数据的正确 性和一致性。同步器工作原理是计算机系统中一个重要的概念，下 面将介绍同步器的基本原理和常见的同步机制。 同步器最主要的作用是控制多个线程或进程之间的互斥访问共 享资源。在多个线程或进程对某个共享资源进行读写操作时，如果 没有合理的同步机制，就可能会发生数据竞争、死锁等问题，从而 导致程序的不确定行为。 同步器可以通过两种方式来完成线程或进程之间的同步：互斥 同步和条件同步。 互斥同步是指多个线程或进程之间按照一定的顺序争夺共享资 源的访问权，以保证每次只有一个线程或进程能够访问共享资源。 互斥同步常用的实现方式包括：互斥量、读写锁、信号量等。其中，互斥量是最常见的一种实现方式，它通过在代码中插入互斥锁来保
证共享资源的独占访问。当一个线程获取到互斥锁时，其他线程就 必须等待，直到互斥锁被释放。 条件同步是指多个线程或进程之间按照一定的条件来进行协作，以保证每次只有满足特定条件的线程或进程能够进行相应的操作。 条件同步通常包括两个方面的内容：条件变量和条件等待。条件变 量是与某个共享资源相关联的变量，它用来表示某种条件是否满足。当条件不满足时，线程或进程就会进入等待状态，直到条件满足。 条件等待是指线程或进程在等待条件满足时主动释放所占用的资源，并进入等待状态。当条件满足时，其他线程或进程会通知等待线程 或进程进行相应操作。 同步器的工作原理可以简单总结为以下几个步骤： 1. 线程或进程申请同步器的访问权限。 2. 同步器判断是否有其他线程或进程正在占用资源，如果有， 则当前线程或进程进入等待状态。 3. 如果没有其他线程或进程占用资源，同步器将资源标记为占 用状态，并将访问权限交给当前线程或进程。
1、操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理的对各类作业进行调度以方便用户的程序集合 ※2、操作系统的目标：方便性、有效性、可扩展性、开发性 ※3、操作系统的作用：作为计算机硬件和用户间的接口、作为计算机系统资源的管理者、作为扩充机器 4、单批道处理系统：作业处理成批进行，内存中始终保持一道作业（自动性、顺序性、单道性） 5、多批道处理系统：系统中同时驻留多个作业，优点：提高CPU利用率、提高I/O设备和内存利用率、提高系统吞吐量（多道性、无序性、调度性） 6、分时技术特性：多路性、交互性、独立性、及时性，目标：对用户响应的及时性 7、实时系统：及时响应外部请求，在规定时间内完成事件处理，任务类型：周期性、非周期性或硬实时任务、软实时任务 ※8、操作系统基本特性：并发、共享、虚拟、异步性 并行是指两或多个事件在同一时刻发生。 并发是两或多个事件在同一时间间隔内发生。 互斥共享：一段时间只允许一个进程访问该资源 同时访问：微观上仍是互斥的 虚拟是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。 异步是指运行进度不可预知。 共享性和并发性是操作系统两个最基本的特征 ※9、操作系统主要功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、用户管理 ※1、程序顺序执行特征：顺序性、封闭性、可再现性 ※2、程序并发执行特征：间断性、失去封闭性、不可再现性 3、前趋图：有向无循环图，用于描述进程之间执行的前后关系 表示方式： （1）p1--->p2 （2）--->={(p1,p2)| p1 必须在p2开始前完成} 节点表示：一条语句，一个程序段，一进程。（详见书P32） ※4、进程的定义： (1)是程序的一次执行过程，由程序段、数据段、程序控制块（PBC） 三部分构成，总称“进程映像” (2)是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动 (3)是程序在一个数据集合上的运行过程 (4)进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的 一个独立单位 进程特征：动态性、并发性、独立性、异步性 由“创建”而产生，由“调度”而执行；由得不到资源而“阻塞”，由“撤消”而消亡 ※5、进程与程序关系
1.0S的作用是什么？ 1•操作系统作为用户与硕件系统之间的接口。 2操作系统作为资源的管理者。 3•操作系统实现了对资源的抽象。 2. 单道批处理是什么概念，解决了什么问题，是如何解决的"？"还存在什么问题？ 1. 单道批处理是计算机系统对一批作业（但在内存中仅有一道作业） 自动进行处理。 2解决了人机矛盾和CPU与I/O设备速度不匹配矛盾。 3. 通过提高系统资源的利用率和系统吞吐量。 4. 不能充分利用系统资源。 3. 多道批处理是什么概念，解决了什么问题，是如何解决的？ 1 •在内存中同时存放多道相互独立程序，按照一定的算法，共享CPU 和系统中的各种资源。 2提高了资源的利用率和系统吞吐量。 3. 它能使多道程序交替运行，使得CPU和其他资源保持忙碌状态 4. 实现多道程序设计应解决那些问题？ 1. 处理机管理问题 2内存管理问题 3」/0设备管理问题 4. 文件管理问题 5. 作业管理问题 5. 对比分时系统和实时系统的特征，它们的含义有何异同？ 两者同时具有多路性交互性独立性及时性四个特征但实时系统额外具有可靠性 分时系统没有实时系统具有的容错机制可靠 6. 为什么引入进程的概念？ 这是因为并发执行的程序（即进程）是“停停走走”地执行，只有在为它创建进程后，在它停下时，方能将其现场信息保存在它的PCB中，待下次被调度执行时，再从PCB中恢复CPU现场并继续执行，而传统的程序却无法满足上述要求。 7. 如何理解并发性和共享性的联系？
并发性和共享性互为存在条件，是操作系统最基本的特征。一方面资源共享是以程序（进程）的并发性执行为条件的，若系统不允许程序并发执行，自然不存在资源共享问题。另一方面若系统不能对资源共享实施有效管理，则也必将影响到程序并发执行。如果自己用的操作系统，不能并发执行，你每次只能打开一个程序，要打开另外一个就得关闭前一个，会十分痛苦。而你打开多个程序的时候不可避免会用到同一个资源。 8. 什么是同步和异步的概念？如何理解操作系统的异步性？ 异步：在多批道处理系统中，由于并发进行的进程中，存在调度的随机性和执行速度的独立性，即间接制约，导致各个进程走走停停同步: 多个进程之间存在直接制约关系，而为了提高执行速度，让各个进程之间互相发送消息，确定执行顺序，而不会出现走走停停的情况，达到同步。同步不是指多个进程同时执行，而是指多个进程之间互相发送消息，不会出现走走停停的混乱情况，将无序变为有序。 9. 为什么说操作系统是对裸机的首次虚拟？ 算机的硬件、软件以及软件的各部分之间是一种层次结构的关系。硕件在最底层，操作系统是裸机上的第一层软件，是对硕件功能的首次扩充。 10 .为什么说处理机管理体现为进程管理？ 因为处理机是计算机中宝贵的资源，有效地将处理机分配和回收给各个进程体现才能系统性能。 11 •存储器管理有哪些功能？ 内存分配和回收，内存保护，地址映射和内存扩充 12设备管理有哪些功能？ 缓冲管理、设备无关性、设备分配、设备处理、虚拟设备功能 13•如何划分程序模块？对模块有什么要求？ 划分：功能相对独立的一段代码 要求：高内聚，低耦合 14•简述冯.诺依曼计算机的工作原理 存储程序加程序控制 15. 什么是中断？为什么要引入中断机制？ 中断是系统运行期间发生任何紧急事件，使得CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去执行相应事件的处理程序。