免费智能真题库 > 历年试卷 > 程序员 > 2016年下半年 程序员 上午试卷 综合知识
  第25题      
  知识点:   进程间的通信   进程
  关键词:   进程状态   进程        章/节:   软件基础知识       

 
进程状态转换过程中,可能会引起进程阻塞的原因是(25)。
 
 
  A.  时间片到
 
  B.  执行V操作
 
  C.  I/O完成
 
  D.  执行P操作
 
 
 

 
  第26题    2012年上半年  
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在操作系统的进程管理中,若系统中有8个进程要使用互斥资源R,但最多只允许两个进程进入互斥段(临界区),则信号量S的变化范围是..
  第24题    2017年上半年  
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操作系统中进程的三态模型如下图所示,图中a、b和c处应分别填写( )
  第25题    2020年下半年  
   38%
假设有6个进程共享一个互斥段N,如果最多允许3个进程同时访问互斥段N,那么利用PV操作时,所用信号量S的变化范围为(25);若信号..
   知识点讲解    
   · 进程间的通信    · 进程
 
       进程间的通信
               同步与互斥
               在操作系统中,多个进程并发执行,因此进程间必然存在资源共享和相互合作的问题。
               1)进程间的同步
               一般情况下,一个进程相对于另一个进程的速度是不可预测的,也就是说,进程之间是异步运行的。为了成功地协同工作,有关进程在某些确定的点上应当保持同步:一个进程到达了这些点后,除非另一进程已经完成了某个活动,否则就停下来,等待该活动结束。
               同步是指进程之间的一种协同工作关系,使这些进程相互合作,共同完成一项任务。进程间的直接相互作用构成进程的同步。同步机制应满足的基本要求是:有描述能力、可以实现、效率高、使用方便。
               2)进程间的互斥
               在多道系统中,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。这种资源称为临界资源,如打印机、公共变量、表格等。互斥是要保证临界资源在某一时刻只被一个进程访问。
               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。对互斥临界区管理的原则是:有空即进、无空则等、有限等待、让权等待。
               信号量机制
               信号量机制是一种有效的进程同步与互斥工具。目前主要有:整型信号量、记录型信号量、信号量集机制。
               1)整型信号量与P操作和V操作
               信号量是一个整型变量,根据控制对象的不同被赋予不同的值。信号量分为两类:公用信号量,实现进程间的互斥,初值为1或资源的数目;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:S≥0表示某资源的可用数,若S<0,则其绝对值表示阻塞队列中等待该资源的进程数。
               除了设置初值外,对信号量只能进行特殊的操作:P操作和V操作。P操作和V操作都是不可分割的原子动作,也称为原语,其中P操作表示申请一个资源,V操作表示释放一个资源。
               P操作和V操作都是原语。利用信号量S的取值表示共享资源的使用情况。在使用时,把信号量S放在进程运行的环境中,赋予其不同的初值,并在其上实施P操作和V操作,以实现进程间的同步与互斥。
               P操作和V操作的定义如下。
               P(S):①S=S-1;②若S<0,则该进程进入S信号量的队列中等待。
               V(S):①S=S+1; ②若S≤0,则释放S信号量队列上的一个等待进程,使之进入就绪队列。
               当S>0时,表示还有资源可以分配;当S<0时,其绝对值表示信号量等待队列中进程的数目。每执行一次P操作,意味着要求分配一个资源;每执行一次V操作,就意味着释放一个资源。
               2)利用P操作和V操作实现进程的互斥
               令信号量mutex的初值为1,进入临界区时执行P操作,退出临界区时执行V操作,于是临界区就改写成下列形式的代码段:
               
               由于mutex初值为1, P、V是原子操作,可以实现互斥。
               高级通信原语
               P操作和V操作是用来协调进程间关系的,编程较困难、效率低,而且没有信息交换,故常称为低级通信原语。交换的信息量多时要引入高级通信原语,进程高级通信的类型主要有如下几种。
               (1)共享存储系统:相互通信的进程共享某些数据结构或存储区,以实现进程之间的通信。
               (2)消息传递系统:进程间的数据交换以消息为单位,程序员直接利用系统提供的一组通信命令(原语)来实现通信,如Send(A)、Receive(A)。
               (3)管道通信:所谓管道,是指用于连接一个读进程和一个写进程,以实现它们之间通信的共享文件(pipe文件)。向管道(共享文件)提供输入的发送进程(即写进程),以字符流的形式将大量的数据送入管道;而接收进程可从管道接收大量的数据。由于通信是采用管道的方式,所以叫管道通信。
 
       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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