操作系統(tǒng)原理是計算機及相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課, 對學生理解計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、進行高級程序開發(fā)等方面有著重要的理論指導作用。該課程對學生來說感覺理論性較強。

　　1.“以問題為導向，以學生為中心”為指導思想，突出學生應(yīng)用知識思考和解決問題的能力是本教材的主線。通過典型例題解析啟發(fā)學生的思維，加深對理論知識的理解。自測題全面且具代表性，對于重點、難點的問題既給出了解答又有解題分析。
　　2.通過自測題讓學生獨立思考，了解自己對知識的掌握程度，也可作為考研等的復習資料。實驗內(nèi)容包括：高響應(yīng)比作業(yè)調(diào)度、時間片輪轉(zhuǎn)進程調(diào)度、進程同步與互斥、內(nèi)存分配與回收、FIFO頁面置換算法、LRU頁面置換算法、獨占設(shè)備分配與回收、銀行家算法，共8個實驗。每個實驗首先給出了明確的實驗?zāi)繕撕蛯嶒瀮?nèi)容，然后講明實驗原理并給出相應(yīng)的知識點提示，*后給出參考程序和運行效果圖。通過這些典型實驗讓學生對理論問題有更直觀的認識和體驗，激發(fā)他們學習的興趣和創(chuàng)新的動力。
　　3.本書的作者都是講解操作系統(tǒng)課程多年的一線教師，內(nèi)容上吸收了眾多相關(guān)資源的精華，同時結(jié)合教學中的實踐經(jīng)驗合理地進行內(nèi)容的取舍，使習題具有代表性，實驗內(nèi)容典型豐富而且有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新應(yīng)用能力。另外提供相應(yīng)的PPT課件滿足實驗課堂教學、課后練習和學生自學的需要。

　　操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的重要組成部分，是用戶使用計算機的基礎(chǔ)，作為計算機專業(yè)的核心課程，不僅高等學校計算機相關(guān)專業(yè)的學生必須學習，從事計算機行業(yè)的人員也需要深入了解。由于操作系統(tǒng)具有概念性強、內(nèi)容靈活、所涉及概念和算法比較抽象的特點，因此初學者往往找不到感覺，面對習題更是無從下手。此外，操作系統(tǒng)是一門實踐性非常強的學科，只看書、做習題是絕對不夠的，必須在實踐和應(yīng)用中加以深刻的體會。因此，在操作系統(tǒng)的教學中，除了課堂教學外，必須有一定學時的實驗課。
　　作者在多年教學實踐和科學研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合操作系統(tǒng)教學大綱、研究生入學考試要求和全國計算機技術(shù)與軟件專業(yè)技術(shù)資格考試大綱，并在參考了國內(nèi)外多種操作系統(tǒng)資料的基礎(chǔ)上編寫了本書。
　　本書與清華大學出版社出版的《操作系統(tǒng)原理》教材相配套，全書共分為9章，具體內(nèi)容包括：操作系統(tǒng)引論、進程與線程、進程并發(fā)控制、內(nèi)存管理、頁式和段式內(nèi)存管理、I/O管理、文件管理、死鎖、實驗指導。
　　前8章每一章的內(nèi)容分為例題解析、課后自測題、自測題答案及分析三部分。通過例題解析啟發(fā)學生的思考，引導學生如何去思考問題、解決問題。通過課后自測題學生可以進行自我檢驗，教師也可以對學生進行測試。自測題答案及分析部分給出了詳細的解答并對難點問題進行了分析，有利于學生平時的學習，也可作為考研的復習資料。
　　第9章實驗指導包括：高響應(yīng)比作業(yè)調(diào)度、時間片輪轉(zhuǎn)進程調(diào)度、進程同步與互斥、內(nèi)存分配與回收、FIFO頁面置換算法、LRU頁面置換算法、獨占設(shè)備分配與回收和銀行家算法。每一個實驗內(nèi)容包括：實驗?zāi)康暮鸵�求、實驗�?nèi)容、實驗原理與提示、參考程序。通過實驗可以對理論知識進行鞏固和加深理解，也激發(fā)了學生的探索熱情，促進學生進行創(chuàng)新的思考和應(yīng)用，可以提出新的算法和方法來改進目前的操作系統(tǒng)。
　　本書第3、4章由于世東編寫，第6~8章由王泓編寫，第1、2、5章由孫笑微編寫，第9章由于世東、王泓、孫笑微共同編寫。東北大學于楊博士審閱了全稿并提出了許多有益的意見；沈陽工業(yè)大學牛連強教授在本書編寫過程中給予了指點和幫助，在此謹向他們表示衷心的感謝。感謝清華大學出版社在本書的出版過程中給予的支持。
　　由于作者學識淺陋，見聞不廣，書中必有不足之處，敬請讀者提出批評、指正和建議。也歡迎大家與我們進行交流和探討。
　　編者
　　2016年11月

第1章操作系統(tǒng)引論
1.1例題解析
1.2課后自測題
1.3自測題答案及分析
第2章進程與線程
2.1例題解析
2.2課后自測題
2.3自測題答案及分析
第3章進程并發(fā)控制
3.1例題解析
3.2課后自測題
3.3自測題答案及分析
第4章內(nèi)存管理
4.1例題解析
4.2課后自測題
4.3自測題答案及分析
第5章頁式和段式內(nèi)存管理
5.1例題解析
5.2課后自測題
5.3自測題答案及分析
第6章I/O管理
6.1例題解析
6.2課后自測題
6.3自測題答案及分析
第7章文件管理
7.1例題解析
7.2課后自測題
7.3自測題答案及分析
第8章死鎖
8.1例題解析
8.2課后自測題
8.3自測題答案及分析
第9章實驗指導
9.1高響應(yīng)比作業(yè)調(diào)度
9.2時間片輪轉(zhuǎn)進程調(diào)度
9.3進程同步與互斥
9.4內(nèi)存分配與回收
9.5FIFO頁面置換算法
9.6LRU頁面置換算法
9.7獨占設(shè)備分配與回收
9.8銀行家算法
參考文獻

　　第3章
　　進程并發(fā)控制
　　3.1例 題 解 析
　　例題1進程間的互斥與同步表示了各進程間的。
　　A. 競爭與協(xié)作B. 相互獨立與相互制約
　　C. 臨界區(qū)調(diào)度原則D. 動態(tài)性與并發(fā)性
　　分析： 答案A。當多個進程都去訪問非共享資源時就會產(chǎn)生競爭，需要互斥執(zhí)行，通過臨界區(qū)加以控制，當多個進程相互協(xié)作共同完成一個任務(wù)時，需要同步相關(guān)的信息以達到合作的目的。
　　例題2若執(zhí)行信號量S操作的進程數(shù)為3，信號量S初值為2，當前值為－1，表示有個等待相關(guān)臨界資源的進程。
　　A. 0B. 1C. 2D. 3
　　分析： 答案B。每當一個進程申請S信號量時，S的值就減1，當S的值為0時再申請的進程就需等待，負值的絕對值就表示在臨界區(qū)等待的進程數(shù)。
　　例題3由于并發(fā)進程執(zhí)行的隨機性，一個進程對另一個進程的影響是不可預測的，甚至造成結(jié)果的不正確，。
　　A. 造成不正確的因素與時間有關(guān)
　　B. 造成不正確的因素只與進程占用的處理機有關(guān)
　　C. 造成不正確的因素與執(zhí)行速度無關(guān)
　　D. 造成不正確的因素只與外界的影響有關(guān)
　　分析： 答案A。由于各進程的異步推進，進程之間的制約關(guān)系與時間有關(guān)，也即與進程的執(zhí)行速度有關(guān)。
　　例題4下列機構(gòu)中不能用于進程間數(shù)據(jù)通信的是。
　　A. 消息B. 共享存儲區(qū)C. 信號量D. 管道
　　分析： 答案C。能傳送大量數(shù)據(jù)的高級通信機制可歸結(jié)為三大類： 共享存儲器系統(tǒng)、消息傳遞系統(tǒng)以及管道通信系統(tǒng)。信號量主要用于進程的同步與互斥控制，不是為了數(shù)據(jù)通信。
　　例題5下面有關(guān)管程的說法，不正確的是。
　　A. 管程是一種進程同步機制
　　B. 管程是一種編程語言成分
　　C. 管程是一種系統(tǒng)調(diào)用
　　D. 管程比信號量更容易保證并行編程的正確性
　　分析： 答案C。使用信號量和PV操作實現(xiàn)進程同步時，對共享資源的管理分散于各個進程中，這樣不利于系統(tǒng)對臨界資源的管理，難以防止進程有意或無意地違反同步操作，且容易造成程序設(shè)計錯誤。因此提出管程的概念以解決上述問題，管程實質(zhì)上是把臨界區(qū)集中到抽象數(shù)據(jù)類型模板中，可作為程序設(shè)計語言的一種結(jié)構(gòu)成分。
　　例題6什么是臨界資源和臨界區(qū)？一個進程進入臨界區(qū)的調(diào)度原則是什么？
　　答： 不允許兩個或兩個以上進程同時訪問的資源稱為臨界資源。進程執(zhí)行訪問臨界資源的程序段稱為臨界區(qū)、臨界段或互斥段。
　　能支持各進程互斥地執(zhí)行臨界區(qū)的調(diào)度機制必須滿足下列要求。
　　(1) 在臨界區(qū)中，每次只能允許一個進程進入。
　　(2) 一個進程在非臨界區(qū)中的暫停運行不能影響其他進程。
　　(3) 一個進程如需要進入臨界區(qū)，不能發(fā)生無限延遲的情況，既不會死鎖，也不會饑餓。
　　(4) 當無進程在臨界區(qū)時，必須讓任何希望進入該程序段的進程無延遲地進入。
　　(5) 一個進程只能在臨界區(qū)內(nèi)停留有限的時間。
　　(6) 對于相關(guān)進程的運行速度和處理機的數(shù)量不做假設(shè)。
　　例題7進程之間存在哪幾種制約關(guān)系？各是什么原因引起的？下列活動分別屬于哪種制約關(guān)系？
　　(1) 圖書館借書。
　　(2) 兩隊舉行籃球賽。
　　(3) 流水生產(chǎn)線。
　　(4) 樂隊演奏。
　　(5) 購買火車票。
　　答： 有直接制約關(guān)系(即同步問題)和間接制約關(guān)系(即互斥問題)； 同步問題是存在關(guān)系的進程之間的相互等待所產(chǎn)生的制約關(guān)系，互斥問題是進程間競爭使用資源所發(fā)生的制約關(guān)系。
　　(1) 屬于互斥關(guān)系，因為書的個數(shù)是有限的，一本書只能借給一個同學。
　　(2) 既存在互斥關(guān)系，也存在同步關(guān)系�；@球只有一個，兩隊都要競爭； 但對于同一個隊的隊員之間需要相互協(xié)作才有可能取得比賽的勝利。
　　(3) 屬于同步關(guān)系，生產(chǎn)線上各道工序的開始都依賴前道工序的完成。
　　(4) 屬于同步關(guān)系，樂隊中的每個成員需要相互協(xié)作共同完成樂曲演奏任務(wù)。
　　(5) 屬于互斥關(guān)系，一張火車票只能賣給一個人。
　　例題8在生產(chǎn)者�蚕�費者問題中，如果將兩個P操作即生產(chǎn)者程序流程中的P(buffers)和P(mutex)互換位置，結(jié)果會如何？
　　答： P(buffers)和P(mutex)互換位置后，因為mutex是生產(chǎn)者和消費者公用的信號量變量，生產(chǎn)者在執(zhí)行完P(guān)(mutex)后，則mutex賦值為0，倘若當前無空閑緩沖區(qū)，buffers也為0，在執(zhí)行了P(buffers)后，buffers為-1，該生產(chǎn)者進程就會進入阻塞狀態(tài)，這樣不僅其他的生產(chǎn)者進程會因mutex不能繼續(xù)存放產(chǎn)品，并且消費者也因mutex不能取產(chǎn)品，從而無法釋放緩沖區(qū)，使緩沖區(qū)始終為0，這樣就形成了死鎖。
　　例題9試用P、V操作描述下列理發(fā)師和顧客之間的同步問題。
　　某個理發(fā)師當沒有顧客時，去睡覺； 當有顧客來理發(fā)，若理發(fā)師正在睡覺時，這個顧客會叫醒他，理發(fā)師給該顧客理發(fā)，理發(fā)期間若還有顧客到達則等待理發(fā)師依次理發(fā)，直到?jīng)]有顧客到來，理發(fā)師又去睡覺。
　　分析： 將此題看作是N個生產(chǎn)者和一個消費者問題。顧客作為生產(chǎn)者，每到來一位，就應(yīng)將計數(shù)器rc計數(shù)一次，以便讓理發(fā)師理發(fā)至*后一位顧客，因此，顧客進程執(zhí)行的*個語句便是rc=rc+1。而*個到來的顧客應(yīng)負責喚醒理發(fā)師，理發(fā)師此時正在信號量wakeup上等待(P(wakeup))； 該信號量初值為0，由*個顧客執(zhí)行V(wakeup)。若該顧客不是*個到達者，則在信號量wait上等待(P(wait))； 該信號量初值為0，等到理發(fā)師給前一位顧客理完發(fā)后執(zhí)行V(wait)，便給該顧客理發(fā)。以上過程循環(huán)往復，理發(fā)師每處理完一個顧客，就令計數(shù)器rc值減1，當rc=0時，便知此時無顧客，理發(fā)師可繼續(xù)睡覺，等待下一個顧客的到達。為了保證對計數(shù)器rc互斥使用，還需要設(shè)置信號量mutex(初值為1)。
　　答： 用P、V操作描述理發(fā)師和顧客之間的同步問題：
　　wakeup, wait, mutex :Semaphore;
　　wakeup :=0;wait :=0;mutex :=1;
　　cobegin
　　顧客進程：
　　{
　　P(mutex);
　　rc= rc+1;
　　if(rc==1)
　　V(wakeup);
　　else
　　P(wait);
　　V(mutex);
　　理發(fā)；
　　}
　　理發(fā)師進程：
　　{
　　P(wakeup);
　　while (rc!=0)
　　{
　　理發(fā)；
　　P(mutex);
　　rc=rc-1;
　　if (rc!=0)
　　V(wait);
　　V(mutex);
　　}
　　}
　　coend
　　3.2課后自測題
　　一、 選擇題
　　1. 并發(fā)性是指若干事件在發(fā)生。
　　A. 同一時刻B. 同一時間間隔內(nèi)
　　C. 不同時刻D. 不同時間間隔內(nèi)
　　2. 進程間的基本關(guān)系為。
　　A. 相互獨立B. 同步與互斥
　　C. 信息傳遞與信息緩沖D. 并行執(zhí)行與資源共享
　　3. 操作系統(tǒng)中P、V操作是一種。
　　A. 系統(tǒng)調(diào)用B. 進程通信原語C. 控制命令D. 軟件模塊
　　4. 兩個進程合作完成一個任務(wù)，在并發(fā)執(zhí)行中，一個進程要等待其合作伙伴發(fā)來信息或者建立某個條件后再向前執(zhí)行，這種關(guān)系是進程間的關(guān)系。
　　A. 同步B. 互斥C. 競爭D. 合作
　　5. 一段不能由多處進程同時執(zhí)行的代碼稱為。
　　A. 臨界區(qū)B. 臨界資源C. 鎖操作D. 信號量操作
　　6. 臨界區(qū)是指并發(fā)進程中。
　　A. 用于實現(xiàn)進程互斥的程序段B. 用于實現(xiàn)進程同步的程序段
　　C. 用于實現(xiàn)進程通信的程序段D. 與互斥的共享資源有關(guān)的程序段
　　7. 不能利用實現(xiàn)父子進程間的互斥。
　　A. 文件B. 外部變量C. 信號量D. 鎖
　　8. 解決進程間同步與互斥問題常用的方法是使用。
　　A. 鎖操作B. 存儲管理C. 信號機構(gòu)D. 信號量
　　9. 讀者、寫者是一個問題。
　　A. 互斥B. 半同步C. 全同步D. 共享
　　10. 如果系統(tǒng)只有一個臨界資源，同時有很多進程要競爭該資源，那么系統(tǒng)發(fā)生死鎖。
　　A. 一定會B. 一定不會
　　C. 不一定會D. 由進程數(shù)量決定
　　11. 在操作系統(tǒng)中，對信號量的s的P操作定義中，使進程進入相應(yīng)等待隊列的條件是。
　　A. s>0B. s=0C. s<0D. s≤0
　　12. N個進程訪問一個臨界資源，則設(shè)置的互斥信號量s的取值范圍是。
　　A. 0~N-1B. 1~-(N-1)C. 1~N-1D. 0~-1
　　13. 臨界區(qū)就是指。
　　A. 一段程序B. 一段數(shù)據(jù)區(qū)C. 一個緩沖區(qū)D. 一個共享資源
　　14. M個生產(chǎn)者，N個消費者共享長度為L的有界緩沖區(qū)，則對緩沖區(qū)互斥操作而設(shè)置的信號量的初值應(yīng)設(shè)為。
　　A. LB. MC. ND. 1
　　15. 對于使用一個臨界資源的兩個并發(fā)進程，若互斥信號量等于1，則表示。
　　A. 沒有進程進入臨界區(qū)
　　B. 有一個進程進入了臨界區(qū)
　　C. 有一個進程進入了臨界區(qū)，另一個進程等待進入
　　D. 這兩個進程都在等待進入臨界區(qū)
　　16. 若信號量S的初值為2，當前值為-1,則表示有個等待進程。
　　A. 0B. 1C. 2D. 3
　　17. 類似于電子郵件系統(tǒng)的進程間的通信方法是通信。
　　A. 管道B. 共享存儲區(qū)C. 信號量D. 消息
　　18. 在進程之間要傳遞大量的數(shù)據(jù)，效率高而且互斥與同步控制方便的方法是采用。
　　A. 管道B. 共享存儲區(qū)C. 全局變量D. 信號量
　　19. 信箱通信是一種通信方式。
　　A. 低級B. 直接C. 間接D. 中級
　　20. 下列不屬于管程的組成部分。
　　A. 對管程內(nèi)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行操作的一組過程
　　B. 管程外過程調(diào)用管程內(nèi)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說明
　　C. 管程內(nèi)共享變量的說明
　　D. 共享變量初始化語句序列
　　21. 測試并設(shè)置指令test�瞐nd�瞫et是一種。
　　A. 鎖操作指令B. 互斥指令C. 判斷指令D. 信號量指令
　　22. 關(guān)于管程與進程比較的論述中，正確的是。
　　A. 管程內(nèi)定義的是公用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進程內(nèi)定義的是私有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
　　B. 管程作為操作系統(tǒng)或編程語言成分，與進程一樣也具有生命周期，由創(chuàng)建而產(chǎn)生，由撤銷而消亡
　　C. 管程能被系統(tǒng)中所有的進程調(diào)用
　　D. 管程和調(diào)用它的進程能夠并行工作
　　23. 任何進程使用管程所管理的臨界資源時，需要調(diào)用特定的才能互斥地進入管程，使用資源。
　　A. 系統(tǒng)調(diào)用B. 訪管指令
　　C. 管程中的有關(guān)入口過程D. 同步操作原語
　　二、 填空題
　　1. 并發(fā)的實質(zhì)是一個處理機在多個程序之間的。
　　2. 通常將并發(fā)進程之間的制約關(guān)系分為兩類： 和。
　　3. P、V操作原語是對執(zhí)行的操作，其值只能由P、V操作改變。
　　4. 若一個進程已經(jīng)進入臨界區(qū)，其他欲進入同一臨界區(qū)的進程必須。
　　5. 一次僅允許一個進程訪問的資源稱為。
　　6. 進程訪問臨界資源的那段代碼稱為。
　　7. 在進程的同步和互斥問題中，可以用布爾變量實現(xiàn)。
　　8. 在操作系統(tǒng)中，使用信號量可以解決進程間的與問題。
　　9. 每執(zhí)行一次Wait()操作，信號量的數(shù)值S減1。若，則該進程繼續(xù)執(zhí)行，否則進入狀態(tài)。
　　10. 每執(zhí)行一次Signal()操作，信號量的數(shù)值S加1。若，則該進程繼續(xù)執(zhí)行； 否則，從對應(yīng)的隊列中移出一個進程，該進程的狀態(tài)將為。
　　11. 有m個進程共享一個同類臨界資源，如使用信號量解決進程間的互斥問題，那么信號量的取值范圍為。
　　12. 有m個進程共享n個同類臨界資源，如使用信號量解決進程間的互斥問題，那么信號量的取值范圍為。
　　13. 互斥信號量S的當前值為-2表示。
　　14. 某一時刻系統(tǒng)中共有6個進程，每個進程要使用一個相關(guān)臨界資源�；コ庑盘柫縎的初值為3，當前值為-2，則表示有個進程正在訪問相關(guān)臨界資源，有個訪問相關(guān)臨界資源的進程進入了阻塞狀態(tài)，有個進程還沒有申請訪問相關(guān)臨界資源。
　　15. 信號量當前值大于零時其數(shù)值表示。
　　16. 有m個進程共享一個臨界資源，若使用信號量機制實現(xiàn)對臨界資源的訪問，則信號量的初值應(yīng)設(shè)為，其取值范圍為
　　17. 利用信號量實現(xiàn)進程的，應(yīng)為臨界區(qū)設(shè)置一個信號量mutex，其初值為1，表示該資源尚未使用，臨界區(qū)應(yīng)置于和原語之間。
　　18. 操作系統(tǒng)中信號量的值與的使用情況有關(guān)，它的值僅能由來改變。
　　19. 操作系統(tǒng)中的一種同步與互斥機制，由共享資源的數(shù)據(jù)及其在該數(shù)據(jù)上的一組操作組成，該機制稱為。
　　20. 一個進程要向另一個進程傳送大量數(shù)據(jù)，如不考慮進程間的同步，效率*高的進程通信機制為。
　　21. 與E�瞞ail類似的進程間數(shù)據(jù)通信機制是。
　　22. 在默認的情況下，大多數(shù)信號會導致接收進程。
　　23. 實現(xiàn)一個管程時，必須考慮的三個主要問題是互斥、和。
　　24. 信箱通信機制通常采用原語和原語。
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