吉林大学操作系统课件-作业解析1

操作系统作业（一）作业#11.进程切换时需要保存哪些现场信息？请尽量考虑完全。答案：进程切换过程是进程上下文的切换过程，进程上下文是指进程运行的物理环境。包括地址映寄存器、通用寄存器、浮点寄存器、SP、PSW(程序状态字)、PC(指令计数器)、以及打开文件表等。2.由核心返回目态程序时，进程的PSW和PC为何必须用一条机器指令同时恢复？答案：中断向量中程序状态字PSW和指令计数器PC的内容必须由一条指令同时恢复，这样才能保证系统状态由管态转到目态的同时，控制转到上升进程的断点处继续执行。如果不同时恢复，则只能1.先恢复PSW再恢复PC，在恢复PSW后已经转到目态，操作系统恢复PC的使命无法完成2.先恢复PC再恢复PSW，PC改变后转到操作系统另外区域（因为PSW仍在系统状态），PSW无法恢复作业#2Considerthefollowingprogram:varblocked:array[0..1]ofboolean;turn:0..1;procedureP(id:integer);beginrepeatblocked[id]:=true;whileturniddobeginwhileblocked[1-id]do{nothing}turn:=idend;Criticalsectionblocked[id]:=false;Remainderuntilfalseend;beginblocked[0]:=false;blocked[1]:=false;turn:=0;parbeginP(0);P(1)parend;end.ThisisasoftwaresolutiontothemutualexclusionproblemproposedbyHyman.Findacounterexampletodemonstratethatthissolutionisincorrect.ItisinterestingtonotethateventheCommunicationoftheACMwasfooledonthisone.•begin•repeat•blocked[id]:=true;•whileturniddo•begin•whileblocked[1-id]do•{nothing}•（1）•turn:=id•end;•Criticalsection•若turn=1，blocked[0]:=true，blocked[1]:=false，P(0),P(1)并发执行，P(0)先推进，当P(0))执行到whileblocked[1-id]时不满足条件跳出循环在（1）处让出处理机P(1)推进，P(1)执行whileturnid而进入临界区后让出处理机，P(0),继续也进入临界区，不满足正确性。作业#3•关于读者写者问题改进算法semaphorer_w_w,mutex,s=1;intcount=0;写者活动：P(s);P(r_w_w);{写操作}；V(r_w_w);V(s);•读者活动：P(s);P(mutex);count++;if(count==1)p(r_w_w);V(mutex);V(s);{读操作}；P(mutex);count--;if(count==0)v(r_w_w);V(mutex);•写者优先算法intreadcount,writecount=0;semaphorersem,wsem=1;Semaphorex,y,z=1;Reader:writer:p(z)1p(y)p(rsem)2writecount++p(x)if(writecount==1)p(rsem)4readcount++v(y)if(readcount==1)p(wsem)p(wsem)5v(x)writev(rsem)3v(wsem)v(z)p(y)readwritecount--p(x)if(writecount==0)readcount--v(rsem)6if(readcount==0)v(wsem)7v(y)v(x)作业#4•设系统有5台类型相同的打印机，依次编号为1-5。又设系统有n个使用打印机的进程，使用前申请，使用后释放。每个进程都有一个进程标识，用于区分不同的进程。每个进程有一个优先数，不同进程的优先数各异。当有多个进程同时申请打印机时，按照进程优先数由高到低的次序实施分配。试用信号量和PV操作实现对打印机资源的管理，即要求编写如下函数和过程。（1）函数require(pid,pri)：申请一台打印机。参数pid为进程标识，其值为1-n之间的一个整数；pri为进程优先数，其值为正整数。函数返回值为所申请到的打印机的编号，其值为1-5的一个整数。（2）过程return(prnt)：释放一台打印机。参数prnt为所释放的打印机的编号，其值为1-5的一个整数。intlp[5];(initialvalueis1)intcount=5;intp[N];(initialvalueis-1)semaphoreq[N];(initialvalueis0)semaphoremutex=1;intrequire(intpid,intpri);{p(mutex);L:if(count==0){pri[pid]==pri;v(mutex)P(q[pid]);gotoL;}count--;inti;for(i=0;i5;i++)if(lp[i]!=0){lp[i]=0;return(i);}V(mutex);}}intreturn(intprnt){P(mutex);lp[prnt]=1;count++;intmax,i,j;max=-1;for(j=0;jN;j++)if(p[j]max){max=p[j];i=j;}if(max==-1)V(mutex);else{p[i]=-1;v(q[i];}}2.Hoare管程实现SCAN算法Procedureupscan;VarI:0..200;BeginI:=headpos;flag:=true;While(I=199)and(count[I]=0)DoI:=I+1;IfI=199ThenBegincount[I]:=count[I]-1;signal(cylinder[I])flag=false;EndEnd;Proceduredownscan;VarI:-1..199;BeginI:=headpos;flag:=true;While(I=0)and(count[I]=0)DoI:=I-1;IfI=0ThenBegincount[I]:=count[I]-1;signal(cylinder[I])flag=false;EndEnd;Procedurerelease;Beginbusy:=false;Ifdirection=upThenBeginupscan;ifflag=truethendownscanEndElseBegindownscan;ifflag=truethenupscanEndEnd;Hansen管程中signal操作在唤醒条件队列的一个进程后执行此操作的进程离开管程，在本例中signal操作在release中的upscan和downscan中执行。如下：ProcedurereleaseBeginIfdirection=upThenBeginupscan;downscanEndElseBegindownscan;upscanEndEnd;•当在upscan或downscan中执行signal操作时，进程就离开了管城即结束了release，不会去执行upscan或downscan后面的downscan或upscan。•但是在Hoare管程中当进程执行signal操作时，不仅会唤醒条件队列中的一个进程，同时执行此操作的进程并不离开管程而是在管程中的紧急队列排队，若还沿用Hanson管程的代码会出现以下情况。•若进程在upscan中执行signal操作后进入紧急队列，当进程在紧急队列被唤醒后就会继续执行release中的后续代码即执行downscan，这不符合程序的语义，一个进程一次只能释放一个资源同时也就只能唤醒一个进程，若进程继续执行downscan会执行下一个唤醒动作。读者/写者问题（写者优先）1.用Ada语言中的会合解决读者/写者问题，要求写者优先。即编写一个任务，其中有如下四个入口：start_read;finish_read,start_write,finish_write.提示：可以使用嵌套的accept语句。读者-写者问题Taskreaders_writersisentrystart_read;entryfinish_read;entrystart_write;entryfinish_write;Endreaders_writes;Taskbodyreaders_writersis;Varread_count,write_count:integer;beginread_count:=0;write_count:=0;读者-写者问题Loopselectwhenwrite_count=0=acceptstart_readdoread_count:=read_count+1;endstart_readorwhenread_count0=acceptfinish_readdoread_count:=read_count-1;endfinish_read;or读者-写者问题whenwrite_count=0=acceptstart_writedowhileread_count0doacceptfinish_readdoread_count:=read_count-1;endfinish_readendwhileendstart_write;write_count:=write_count+1;orwhenwrite_count0=acceptfinish_writedowrite_count:=write_count-1;endfinish_write;endselectEndloop;Endreaders_writers读者-写者问题•读者活动:–Readers_writes.start_read;•读操作–Readers_writers.finish_read;•写者活动:–Readers_writers.start_write;•写操作–Readers_writers.finish_write;