操作系统选择题及答案解析（川大） 第五章 并发：互斥和同步_四川大学操作系统习题

注：本文以操作系统—精髓与设计原理（第九版中文翻译版）为参考，答案仅供参考，如有疑惑欢迎提出指正。转载请标明出处。

第五章

1. (单选题) 临界区指的是:并发进程中访问共享变量的:(   )

A代码/Code段

B数据/Data段

C堆栈/Stack段

D堆/Heap段

正确答案：A

答案解析：

临界区指的是一段代码，在这段代码中进程将访问共享资源，当另外一个进程已在这段代码中运行时，这个进程就不能在这段代码中执行（P122）。

2. (单选题) 生产者/消费者问题不能视为一个的特殊读者/写者问题的原因是:(   )

A生产者和消费者其实同时是读者和写者

B生产者/消费者各自一个,而读者/写者各自可以有多个

C以上都不是

D当写者执行写入的时候,读者也可以执行读取;而生产者/消费者不同

正确答案：A

答案解析：

A.

生产者消费者问题和读者写者问题的区别在于:

消费者是要消耗数据的，而读者不消耗数据。

意味着不论生产者消费者，都要进行读写操作，都不能与其他任何一个人的操作同时进行。

D.

说法错误，任一写者在完成写操作之前不允许其他读者或写者工作

（1）生产者消费者问题（P138）

①系统中有一组生产者进程和一组消费者进程，生产者进程每次生产一个产品放入缓冲区，消费者进程每次从缓冲区中取出一个产品并使用。【注:这里的“产品”理解为某种数据】

生产者、消费者共享一个初始为空、大小为n的缓冲区。

②只有缓冲区没满时，生产者才能把产品放入缓冲区，否则必须等待

【当缓冲区满时，生产者需要等待消费者取走产品才能继续操作，有顺序，所以是同步关系】

③只有缓冲区不空时，消费者才能从中取出产品，否则必须等待【同理也是同步关系】。

④缓冲区是临界资源，各进程必须互斥地访问

（2）读者写者问题

有读者和写者两组并发进程，共享一个文件，当两个或两个以上的读进程同时访问共享数据时不会产生副作用，但若某个写进程和其他进程（读进程或写进程）同时访问共享数据时则可能导致数据不一致的错误。因此要求：

①允许多个读者可以同时对文件执行读操作

②只允许一个写者往文件中写信息

③任一写者在完成写操作之前不允许其他读者或写者工作

④写者执行写操作前，应让已有的读者和写者全部退出

3. (单选题) 没有指定进程从队列中移除的顺序的信号量称为:(   )

A强信号量

B以上都不是

C弱信号量

D二元信号量

正确答案：C

答案解析：

没有指定进程从队列中移除的顺序的信号量称为弱信号量。在弱信号量中，进程可以从信号量的队列中移除，但移除的顺序是不确定的，也就是说，进程可以按任意顺序移除信号量。

与强信号量不同，强信号量要求进程必须从信号量的队列中移除，且移除的策略是先进先出（FIFO）：被阻塞最久的进程最先从队列释放。

与弱信号量、二元信号量等其他信号量类型相比，弱信号量的使用较为频繁，因为它可以满足大多数同步原语的需求。

4. (单选题) 多个进程或线程在读写一个共享数据时,如果最终的运行结果依赖于它们执行的相对时间,这个现象被称为:(   )

A同步

B互斥

C条件竞争/Race Condition

D死锁

正确答案：C

答案解析：

多个进程或线程在读写一个共享数据时，如果最终的运行结果依赖于它们执行的相对时间，这个现象被称为条件竞争/Race Condition（P128）。

在条件竞争情况下，多个进程或线程在访问共享数据时，可能会同时读取或写入数据，从而导致数据的不一致性和错误的结果。同步和互斥都是用于控制进程或线程对共享数据的访问的方法，而条件竞争则是一种潜在的问题，它可能导致同步和互斥方法失效，导致错误的结果。死锁是指多个进程或线程无法继续执行，因为资源已经被其他进程或线程占用，因此无法继续申请资源的现象。

5. (单选题) 以下哪个术语不属于“并发/Concurrency”的“核心的四个要解决的问题”的范畴:(   )

A互斥/Mutual Exclusion

B死锁/Deadlock

C同步/Synchronization

D条件竞争/Race Condition

正确答案：D

答案解析：

“并发/Concurrency”的“核心的四个要解决的问题是互斥、死锁、同步和饥饿（参考五六章的题目）。

6. (单选题) 为了在进程所竞争的关键资源上实现互斥,同一时间只允许一个程序:(   )

A以上都不是

B展示合作

C进入程序的临界区

D进行消息传递

正确答案：C

答案解析：

在进程竞争关键资源的情况下，为了实现互斥，同一时间只允许一个程序进入临界区（critical section）（P129）。临界区是指一段对关键资源进行访问的程序代码，只有当前程序在临界区中执行完毕后，才能轮到下一个程序进入临界区。

7. (单选题) 当一个进程在临界区访问某个共享资源时,其他进程不能进入该临界区访问此共享资源的情形, 它被称为:(   )

A同步

B死锁

C互斥

D条件竞争/Race Condition

正确答案：C

答案解析：

当一个进程在临界区访问某个共享资源时，其他进程不能进入该临界区访问此共享资源，这种情况被称为互斥（P122 表5.1）。

8. (单选题) 实现互斥需要满足下列哪些要求:(   )

A对相关进程的执行速度没有任何要求和限制

B一个进程驻留在临界区中的时间必须是有限的

C一次只允许一个进程进入临界区

D以上都是

正确答案：D

答案解析：

要提供对互斥的支持，必须满足以下要求（P131）:

1. 必须强制实施互斥:在与相同资源或共享对象的临界区有关的所有进程中，一次只允许一个进程进入临界区。
2. 一个在非临界区停止的进程不能干涉其他进程。
3. 绝不允许出现需要访问临界区的进程被无限延迟的情况，即不会死锁或饥饿。
4. 没有进程在临界区中时，任何需要进入临界区的进程必须能够立即进入。
5. 对相关进程的执行速度和处理器的数量没有任何要求和限制。
6. 一个进程驻留在临界区中的时间必须是有限的。

补充：

操作系统中关于解决进程互斥的方法有两种，分别是软件实现和硬件实现。在实现互斥时，需要关心的问题是：是否满足：忙则等待、让权等待、有限等待和空闲让进，这四个条件。

忙则等待：

意思是如果一个进程在使用临界资源，另一个进程也想访问该临界资源，必须等待在使用的进程使用完成。

让权等待：

如果一个进程发现另一个进程正在使用自己想要使用的临界资源，自己目前得不到该资源的访问权时，必须交出CPU资源进入阻塞状态。

有限等待：

一个进程等待访问临界资源，必须能保证在未来的时间里一定能拿到该临界资源的访问权，也就是该进程不会饥饿。

空闲让进：

当进程想访问临界资源时，如果该临界资源空闲，该进程就不用等待直接拿到该临界资源的访问权。

9. (单选题) 读者/写者问题需要要求满足的条件有:(   )

A多个写者可同时写某个共享文件

B以上都不是

C多个读者可同时读某个共享文件

D当写者在写某个共享文件时,读者也可以读取这个共享文件

正确答案：C

答案解析：

读者写者问题（P156）

有读者和写者两组并发进程，共享一个文件，当两个或两个以上的读进程同时访问共享数据时不会产生副作用，但若某个写进程和其他进程（读进程或写进程）同时访问共享数据时则可能导致数据不一致的错误。因此要求：

1. 任意数量的读进程可同时读这个文件。
2. 一次只有一个写进程可以写文件。
3. 若一个写进程正在写文件，则禁止任何读进程读文件。

10. (单选题) 为了实现互斥,可以采用哪些方法/技术:(   )

A信号量

B关中断

C以上均可

D通过特殊的硬件指令

正确答案：C

答案解析：

以上均可（指ABD都可以，这个选项位置被没有意义地错乱了）。

为了实现互斥，可以采用以下方法和技术:

互斥锁 (mutex):使用互斥锁来保护共享资源的访问，确保同一时间只有一个进程可以访问共享资源。

信号量 (Semaphore):使用信号量来管理进程对共享资源的访问，信号量可以表示进程对共享资源的访问权限，0 表示没有访问权限，1 表示已经拥有访问权限，多个信号量可以组合使用来实现多进程间的同步和互斥。

条件变量 (Condition Variable):使用条件变量来实现进程间的等待和唤醒，以实现同步和互斥。

关中断 (disable interrupt):在实现互斥时，可以通过关闭中断的方式来避免中断对互斥操作的影响。

信号量组 (Semaphore Set):使用信号量组来管理多个共享资源的访问，信号量组可以表示多个进程对共享资源的访问权限，从而实现多进程间的同步和互斥。