进程互斥与同步

Posted 2021-10-23 heshaojian

1.解释并发与并行，并说明两者关系。

答：并发指的是一个处理器在同一时间段内执行多个进程，但注意不是同一时刻同时执行，只是以极快的速度进行进程的切换执行，从而形成并行的效果。

并行指的是多个处理器同时处理多个进程，即同一时刻同时执行多个进程。并发和并行在处理速度上基本相当，但在本质上有所区别。

例如吃饭的时候电话响了，并发指的是先停止吃饭，然后迅速去接听电话，两者是交替进行的；而并行则是在边吃饭的同时边接听电话，两者是同时进行的。

 

解释一：并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔发生。

解释二：并行是在不同实体上的多个事件，并发是在同一实体上的多个事件。

解释三：并行在多台处理器上同时处理多个任务，并发的是在一台处理器上“同时”处理多个任务。

 

2.进程间有哪几种关系？分别要采取什么策略？

答：进程间存在竞争与和协作两种基本关系。

当出现竞争关系时会引发两个控制问题：死锁与饥饿。解决方法：向并发进程提供锁机制，在使用共享资源之前表达互斥要求，系统需要保证诸进程能互斥访问共享资源，既要解决死锁问题，又要解决饥饿问题。

当出现协作关系时，解决方法为：在未输入完一块数据之前不能加工处理，未加工处理完一块数据之前不能打印输出，每个进程都要接收到协作进程完成一次数据处理的消息之后，才能进行下一步工作。如双方不知道对方名字的间接协作，可以通过访问共享资源进行松散式协作；如知道对方名字，可以通过通信机制进行的紧密协作。

 

3.为什么说进程的互斥也是一种同步?

答：进程的互斥指的是在一个进程执行时，要求另一个进程需要进行等待，即需要两个进程相互协调合作，这在一定程度上也是一种同步。

 

4.解释死锁与“饥饿”，并说明两者关系。

答：死锁：即一组进程因为争夺资源而陷入永远等待的状态。

“饥饿”：即一个可运行的进程由于其他进程总是优先于它，而被调度程序无限期地拖延而导致不能被执行。

两者的关系：死锁和饥饿都最终都是导致进程因为进程之间的竞争而无法执行，但前者是由于竞争双方的资源争夺而导致双方都无法继续进行，后者则是个别进程因为优先级过低，而一直处于等待状态无法进行。

 

5.什么叫做临界区？如何解决进程对临界资源的访问冲突？

答：并发进程中与共享变量有关的程序段称为临界区；共享变量所代表的资源称为临界资源。

遵循临界区调度的三个原则：

（1）一次至多只有一个进程进入临界区内执行。

（2）如果已有进程在临界区中，试图进入临界区的其他进程应等待。

（3）进入临界区内的进程应在有限时间内退出，以便让等待队列中的一个进程进入。

即总结为：互斥使用，有空让进；忙则要等，有限等待；择一而入，算法可行。

 

6.信号量的物理意义是什么？

 信号量表示物理资源的实体，是一个与队列有关的整型变量。主要用于封锁临界区、进程同步即维护资源计数。

 

7.理解五个哲学家吃面问题，并能盲写出伪代码。

semaphore fork[5];
for(int i=0;i<5;i++){
    fork[i]=1;      
}
begin{
    process philosophers_i(){ //i=1,2,3,4,5
        while(true){
            think();
            hungry();
            P(fork[i]);
            p(fork[(i+1)%5]);
            eat();
            V(fork[i]);
            V(fork[(i+1)%5]);
        }
    }
}end

 

8.一个超市有n个顾客购物，只有一个收银员，试用信号量P、V操作描述顾客进程和收银员之间的关系。写伪代码。

semaphore cashier;
cashier  = 1;　　//收银员作为信号量被占用，且只有一个
int length = n;
int []P = new int[length];　　//完成购买用户队列，用户排队，且最大值为n
int []V = {};　　//完成结账用户队列，初值为空
begin
do{
　　for(int i =0; i<length; i++ ){　　//用户排队
　　　　P.remove(i);　　//用户占用收银员
　　　　payment();　　//用户结账
　　　　V.add(i);　　//用户解除占用收银员
　　　　length --;　　//待结账用户减一
　　}
}while(length == 0)　　//用户结账完毕，交易结束
end