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廊坊做网站公司,ui网站界面设计模板,企业公示信息查询系统四川,哈尔滨人社app官网1. 为什么在操作系统中引入进程同步机制#xff1f;进程并发执行时#xff0c;可能因共享资源 / 协作执行出现 “竞态条件”#xff08;结果依赖执行顺序#xff09;#xff0c;或因协作逻辑需要协调执行步骤。引入同步机制是为了保证进程执行的正确性、共享资源的有序访问…1. 为什么在操作系统中引入进程同步机制进程并发执行时可能因共享资源 / 协作执行出现 “竞态条件”结果依赖执行顺序或因协作逻辑需要协调执行步骤。引入同步机制是为了保证进程执行的正确性、共享资源的有序访问避免数据不一致或逻辑错误。2. 有哪些方法可以实现进程的互斥与同步信号量机制记录型、整型管程机制互斥锁条件变量消息传递机制3. 比较各种进程同步方法的优缺点方法优点缺点信号量灵活支持复杂同步逻辑易出错如 PV 操作顺序、死锁管程封装性好更安全实现较复杂灵活性略低互斥锁实现简单效率高仅支持互斥不支持复杂同步消息传递天然支持进程间通信同步逻辑需依赖消息交互开销略高4. 实现进程互斥的基本原理是什么核心是保证 “临界资源” 在同一时刻仅被一个进程访问。通过同步机制如信号量、锁让进程进入 “临界区” 前先申请权限访问完释放权限从而避免并发冲突。5. 说明记录型信号量的物理意义记录型信号量包含两个成员value表示可用资源的数量0可用资源数0无可用资源0等待队列中进程数的绝对值queue存储因该资源阻塞的进程队列。物理意义是通过value管理资源通过队列管理等待进程实现资源的有序分配与进程同步。6. 为什么在生产者 - 消费者问题中 wait () 操作的顺序不能颠倒以 “生产者” 为例若先执行wait(empty)申请空缓冲区、再执行wait(mutex)申请互斥锁的顺序颠倒若先wait(mutex)获得锁再wait(empty)但空缓冲区不足时进程会阻塞且持有互斥锁不释放导致其他进程生产者 / 消费者无法访问临界资源引发死锁。7. wait () 和 signal () 操作都必须是原子操作的确切含义是什么为什么必须是原子操作原子操作的含义wait()/signal()的执行过程不会被其他进程 / 线程打断要么完整执行要么不执行。原因若操作非原子如wait()中修改value的过程被打断会导致信号量状态不一致进而引发资源竞争、数据错误或死锁比如多个进程同时 “误以为” 获得了资源。8. 信号量机制 wait () 和 signal () 的实现过程 经典同步问题的同步算法wait (S) 实现将信号量S.value减 1若S.value 0则将当前进程加入S.queue并阻塞该进程。signal (S) 实现将信号量S.value加 1若S.value ≤ 0则从S.queue唤醒一个进程将其插入就绪队列。经典同步问题如生产者 - 消费者设信号量mutex1互斥访问缓冲区、emptyN空缓冲区数、full0满缓冲区数。生产者wait(empty); wait(mutex); // 向缓冲区放数据 signal(mutex); signal(full);消费者wait(full); wait(mutex); // 从缓冲区取数据 signal(mutex); signal(empty);9. 什么是管程举例说明引入管程有什么好处管程是一种封装了共享资源和同步操作的机制进程通过调用管程的过程函数来访问资源管程内部保证同一时刻仅一个进程执行其过程自动实现互斥。好处例如 “生产者 - 消费者” 用管程实现时无需手动管理mutex信号量管程自动保证互斥同时通过条件变量实现同步代码更简洁、安全避免 PV 操作顺序错误。10. 利用管程解决哲学家进餐问题的管程及哲学家进程管程DiningPhilosopher包含条件变量forks[5]表示叉子是否可用、过程pickup(i)拿第i个哲学家的叉子、putdown(i)放叉子。monitor DiningPhilosopher { condition forks[5]; // 拿叉子需同时拿到左右叉 procedure pickup(int i) { if (叉子i或i1被占用) wait(forks[i]); // 标记叉子为占用 } // 放叉子释放左右叉并唤醒等待的哲学家 procedure putdown(int i) { // 标记叉子为可用 signal(forks[(i1)%5]); signal(forks[i]); } }哲学家进程while (true) { 思考; DiningPhilosopher.pickup(i); 进餐; DiningPhilosopher.putdown(i); }11. 三个进程 PA、PB、PC 的文件打印同步记录型信号量设信号量s11缓冲区 1 的互斥 / 初始可用、s20缓冲区 2 初始无数据、s30缓冲区 2 数据已处理 / 初始无数据。PA 进程while (true) { 从磁盘读记录到缓冲区1; signal(s2); // 通知PB缓冲区1有数据 wait(s1); // 等待PB取走数据缓冲区1可用 }PB 进程while (true) { wait(s2); // 等待PA写入缓冲区1 复制缓冲区1到缓冲区2; signal(s1); // 通知PA缓冲区1可用 signal(s3); // 通知PC缓冲区2有数据 }PC 进程while (true) { wait(s3); // 等待PB写入缓冲区2 打印缓冲区2内容; // 无需signal因为缓冲区2仅PC使用或按需加信号量 }12. 线程 P写温度和 Q读温度的同步问题(1)数据区 B 的结构采用队列如先进先出队列因为 Q 需要 “最新的检测数据”队列可按顺序存储数据Q 取队尾最新数据。(2)同步关系P 和 Q互斥访问 B 区避免读写冲突Q 需等待 P 写入数据B 区为空时 Q 阻塞。(3)记录型信号量实现设信号量mutex1互斥访问 B 区、has_data0B 区是否有数据。线程 Pwhile (true) { 检测温度; wait(mutex); 将温度写入B区; signal(mutex); signal(has_data); // 通知Q有新数据 }线程 Qwhile (true) { wait(has_data); // 无数据则阻塞 wait(mutex); 从B区取出最新温度; signal(mutex); 处理温度数据; }13. 进程通信方式 管道的定义与特点进程通信方式包括管道、消息队列、共享内存、信号量、套接字等。管道是一种基于文件的半双工通信机制用于父子 / 亲缘进程间通信数据以字节流形式传输。匿名管道特点仅用于亲缘进程无文件名通过文件描述符访问随进程退出而销毁。命名管道特点可用于任意进程有文件名存在于文件系统独立于进程生命周期需手动删除。14. 消息缓冲队列机制的实现原理消息缓冲队列是基于消息的通信机制原理发送进程将消息封装为消息缓冲区含目标进程 ID、消息长度、内容等通过send()原语将消息缓冲区插入目标进程的消息队列需互斥访问队列用信号量实现接收进程通过receive()原语从自己的消息队列中取出消息缓冲区读取内容若消息队列为空接收进程会阻塞直到有消息到来。