操作系統原理是計算機及相關專業的重要基礎課, 對學生理解計算機系統結構、進行高級程序開發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。實驗內容包括：高響應比作業調度、時間片輪轉進程調度、進程同步與互斥、內存分配與回收、FIFO頁面置換算法、LRU頁面置換算法、獨占設備分配與回收、銀行家算法，共8個實驗。每個實驗首先給出了明確的實驗目標和實驗內容，然后講明實驗原理并給出相應的知識點提示，*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，激發他們學習的興趣和創新的動力。
3.本書的作者都是講解操作系統課程多年的一線教師，內容上吸收了眾多相關資源的精華，同時結合教學中的實踐經驗合理地進行內容的取舍，使習題具有代表性，實驗內容典型豐富而且有利于培養學生的創新應用能力。另外提供相應的PPT課件滿足實驗課堂教學、課后練習和學生自學的需要。
操作系統是計算機系統的重要組成部分，是用戶使用計算機的基礎，作為計算機專業的核心課程，不僅高等學校計算機相關專業的學生必須學習，從事計算機行業的人員也需要深入了解。由于操作系統具有概念性強、內容靈活、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，必須在實踐和應用中加以深刻的體會。因此，在操作系統的教學中，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上，結合操作系統教學大綱、研究生入學考試要求和全國計算機技術與軟件專業技術資格考試大綱，并在參考了國內外多種操作系統資料的基礎上編寫了本書。
本書與清華大學出版社出版的《操作系統原理》教材相配套，全書共分為9章，具體內容包括：操作系統引論、進程與線程、進程并發控制、內存管理、頁式和段式內存管理、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：高響應比作業調度、時間片輪轉進程調度、進程同步與互斥、內存分配與回收、FIFO頁面置換算法、LRU頁面置換算法、獨占設備分配與回收和銀行家算法。每一個實驗內容包括：實驗目的和要求、實驗內容、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，也激發了學生的探索熱情，促進學生進行創新的思考和應用，可以提出新的算法和方法來改進目前的操作系統。
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高響應比作業調度
9.2時間片輪轉進程調度
9.3進程同步與互斥
9.4內存分配與回收
9.5FIFO頁面置換算法
9.6LRU頁面置換算法
9.7獨占設備分配與回收
9.8銀行家算法
參考文獻
第3章
進程并發控制
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. 競爭與協作B. 相互獨立與相互制約
C. 臨界區調度原則D. 動態性與并發性
分析： 答案A。當多個進程都去訪問非共享資源時就會產生競爭，需要互斥執行，通過臨界區加以控制，當多個進程相互協作共同完成一個任務時，需要同步相關的信息以達到合作的目的。
例題2若執行信號量S操作的進程數為3，信號量S初值為2，當前值為－1，表示有個等待相關臨界資源的進程。
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等待的進程數。
例題3由于并發進程執行的隨機性，一個進程對另一個進程的影響是不可預測的，甚至造成結果的不正確，。
A. 造成不正確的因素與時間有關
B. 造成不正確的因素只與進程占用的處理機有關
C. 造成不正確的因素與執行速度無關
D. 造成不正確的因素只與外界的影響有關
分析： 答案A。由于各進程的異步推進，進程之間的制約關系與時間有關，也即與進程的執行速度有關。
例題4下列機構中不能用于進程間數據通信的是。
A. 消息B. 共享存儲區C. 信號量D. 管道
分析： 答案C。能傳送大量數據的高級通信機制可歸結為三大類： 共享存儲器系統、消息傳遞系統以及管道通信系統。信號量主要用于進程的同步與互斥控制，不是為了數據通信。
例題5下面有關管程的說法，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. 管程是一種系統調用
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，且容易造成程序設計錯誤。因此提出管程的概念以解決上述問題，管程實質上是把臨界區集中到抽象數據類型模板中，可作為程序設計語言的一種結構成分。
例題6什么是臨界資源和臨界區？一個進程進入臨界區的調度原則是什么？
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。進程執行訪問臨界資源的程序段稱為臨界區、臨界段或互斥段。
能支持各進程互斥地執行臨界區的調度機制必須滿足下列要求。
(1) 在臨界區中，每次只能允許一個進程進入。
(2) 一個進程在非臨界區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，不能發生無限延遲的情況，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內停留有限的時間。
(6) 對于相關進程的運行速度和處理機的數量不做假設。
例題7進程之間存在哪幾種制約關系？各是什么原因引起的？下列活動分別屬于哪種制約關系？
(1) 圖書館借書。
(2) 兩隊舉行籃球賽。
(3) 流水生產線。
(4) 樂隊演奏。
(5) 購買火車票。
答： 有直接制約關系(即同步問題)和間接制約關系(即互斥問題)； 同步問題是存在關系的進程之間的相互等待所產生的制約關系，互斥問題是進程間競爭使用資源所發生的制約關系。
(1) 屬于互斥關系，因為書的個數是有限的，一本書只能借給一個同學。
(2) 既存在互斥關系，也存在同步關系。籃球只有一個，兩隊都要競爭； 但對于同一個隊的隊員之間需要相互協作才有可能取得比賽的勝利。
(3) 屬于同步關系，生產線上各道工序的開始都依賴前道工序的完成。
(4) 屬于同步關系，樂隊中的每個成員需要相互協作共同完成樂曲演奏任務。
(5) 屬于互斥關系，一張火車票只能賣給一個人。
例題8在生產者消費者問題中，如果將兩個P操作即生產者程序流程中的P(buffers)和P(mutex)互換位置，結果會如何？
答： P(buffers)和P(mutex)互換位置后，因為mutex是生產者和消費者公用的信號量變量，生產者在執行完P(mutex)后，則mutex賦值為0，倘若當前無空閑緩沖區，buffers也為0，在執行了P(buffers)后，buffers為-1，該生產者進程就會進入阻塞狀態，這樣不僅其他的生產者進程會因mutex不能繼續存放產品，并且消費者也因mutex不能取產品，從而無法釋放緩沖區，使緩沖區始終為0，這樣就形成了死鎖。
例題9試用P、V操作描述下列理發師和顧客之間的同步問題。
某個理發師當沒有顧客時，去睡覺； 當有顧客來理發，若理發師正在睡覺時，這個顧客會叫醒他，理發師給該顧客理發，理發期間若還有顧客到達則等待理發師依次理發，直到沒有顧客到來，理發師又去睡覺。
分析： 將此題看作是N個生產者和一個消費者問題。顧客作為生產者，每到來一位，就應將計數器rc計數一次，以便讓理發師理發至*后一位顧客，因此，顧客進程執行的*個語句便是rc=rc+1。而*個到來的顧客應負責喚醒理發師，理發師此時正在信號量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，等到理發師給前一位顧客理完發后執行V(wait)，便給該顧客理發。以上過程循環往復，理發師每處理完一個顧客，就令計數器rc值減1，當rc=0時，便知此時無顧客，理發師可繼續睡覺，等待下一個顧客的到達。為了保證對計數器rc互斥使用，還需要設置信號量mutex(初值為1)。
答： 用P、V操作描述理發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；
}
理發師進程：
{
P(wakeup);
while (rc!=0)
{
理發；
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. 并發性是指若干事件在發生。
A. 同一時刻B. 同一時間間隔內
C. 不同時刻D. 不同時間間隔內
2. 進程間的基本關系為。
A. 相互獨立B. 同步與互斥
C. 信息傳遞與信息緩沖D. 并行執行與資源共享
3. 操作系統中P、V操作是一種。
A. 系統調用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，在并發執行中，一個進程要等待其合作伙伴發來信息或者建立某個條件后再向前執行，這種關系是進程間的關系。
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行的代碼稱為。
A. 臨界區B. 臨界資源C. 鎖操作D. 信號量操作
6. 臨界區是指并發進程中。
A. 用于實現進程互斥的程序段B. 用于實現進程同步的程序段
C. 用于實現進程通信的程序段D. 與互斥的共享資源有關的程序段
7. 不能利用實現父子進程間的互斥。
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，那么系統發生死鎖。
A. 一定會B. 一定不會
C. 不一定會D. 由進程數量決定
11. 在操作系統中，對信號量的s的P操作定義中，使進程進入相應等待隊列的條件是。
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. 臨界區就是指。
A. 一段程序B. 一段數據區C. 一個緩沖區D. 一個共享資源
14. M個生產者，N個消費者共享長度為L的有界緩沖區，則對緩沖區互斥操作而設置的信號量的初值應設為。
A. LB. MC. ND. 1
15. 對于使用一個臨界資源的兩個并發進程，若互斥信號量等于1，則表示。
A. 沒有進程進入臨界區
B. 有一個進程進入了臨界區
C. 有一個進程進入了臨界區，另一個進程等待進入
D. 這兩個進程都在等待進入臨界區
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的進程間的通信方法是通信。
A. 管道B. 共享存儲區C. 信號量D. 消息
18. 在進程之間要傳遞大量的數據，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. 對管程內數據結構進行操作的一組過程
B. 管程外過程調用管程內數據結構的說明
C. 管程內共享變量的說明
D. 共享變量初始化語句序列
21. 測試并設置指令testandset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. 關于管程與進程比較的論述中，正確的是。
A. 管程內定義的是公用數據結構，進程內定義的是私有數據結構
B. 管程作為操作系統或編程語言成分，與進程一樣也具有生命周期，由創建而產生，由撤銷而消亡
C. 管程能被系統中所有的進程調用
D. 管程和調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，需要調用特定的才能互斥地進入管程，使用資源。
A. 系統調用B. 訪管指令
C. 管程中的有關入口過程D. 同步操作原語
二、 填空題
1. 并發的實質是一個處理機在多個程序之間的。
2. 通常將并發進程之間的制約關系分為兩類： 和。
3. P、V操作原語是對執行的操作，其值只能由P、V操作改變。
4. 若一個進程已經進入臨界區，其他欲進入同一臨界區的進程必須。
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。
8. 在操作系統中，使用信號量可以解決進程間的與問題。
9. 每執行一次Wait()操作，信號量的數值S減1。若，則該進程繼續執行，否則進入狀態。
10. 每執行一次Signal()操作，信號量的數值S加1。若，則該進程繼續執行； 否則，從對應的隊列中移出一個進程，該進程的狀態將為。
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. 某一時刻系統中共有6個進程，每個進程要使用一個相關臨界資源。互斥信號量S的初值為3，當前值為-2，則表示有個進程正在訪問相關臨界資源，有個訪問相關臨界資源的進程進入了阻塞狀態，有個進程還沒有申請訪問相關臨界資源。
15. 信號量當前值大于零時其數值表示。
16. 有m個進程共享一個臨界資源，若使用信號量機制實現對臨界資源的訪問，則信號量的初值應設為，其取值范圍為
17. 利用信號量實現進程的，應為臨界區設置一個信號量mutex，其初值為1，表示該資源尚未使用，臨界區應置于和原語之間。
18. 操作系統中信號量的值與的使用情況有關，它的值僅能由來改變。
19. 操作系統中的一種同步與互斥機制，由共享資源的數據及其在該數據上的一組操作組成，該機制稱為。
20. 一個進程要向另一個進程傳送大量數據，如不考慮進程間的同步，效率*高的進程通信機制為。
21. 與Email類似的進程間數據通信機制是。
22. 在默認的情況下，大多數信號會導致接收進程。
23. 實現一個管程時，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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