簡介面向?qū)W習(xí)操作系統(tǒng)課程、正在對照《操作系統(tǒng)精髓與設(shè)計(jì)原理》第八版完成課后習(xí)題與復(fù)習(xí)的本科生、考研讀者這份答案資料圍繞進(jìn)程管理、進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換、進(jìn)程調(diào)度、資源管理和并發(fā)編程等核心知識點(diǎn)展開可用于核對解題思路、梳理章節(jié)脈絡(luò)并定位薄弱環(huán)節(jié)。壓縮包內(nèi)共1個docx文檔大小約904KB內(nèi)容按習(xí)題編號組織涵蓋就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、阻塞態(tài)與非常駐態(tài)之間轉(zhuǎn)換事件的說明進(jìn)程調(diào)度中間策略的權(quán)衡分析以及依據(jù)時刻事件推演進(jìn)程狀態(tài)、判斷阻塞等待事件、分析共享變量并發(fā)執(zhí)行時輸出順序與取值范圍的解答過程。該資料已有7520人學(xué)習(xí)適合在獨(dú)立完成習(xí)題后對照參考也便于考前復(fù)盤狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、調(diào)度算法和并發(fā)程序分析等高頻考點(diǎn)。1. 進(jìn)程狀態(tài)圖為什么值得搞懂一臺電腦里“排隊(duì)”的真相打開任務(wù)管理器幾十個進(jìn)程同時在跑而真正在處理器上執(zhí)行的同一時刻只有那么一兩個。操作系統(tǒng)習(xí)題答案里反復(fù)出現(xiàn)的那張進(jìn)程狀態(tài)圖說到底就是把“誰在窗口前辦事、誰在椅子上等、誰已經(jīng)被請到門外”畫成一張圖。它回答一個很樸素的問題某個進(jìn)程此刻到底在干什么下一秒又會因?yàn)槭裁幢粨Q下去。學(xué)進(jìn)程管理時最容易卡住人的往往不是名詞而是箭頭的方向——運(yùn)行什么時候退回就緒什么時候滑進(jìn)阻塞為什么有的進(jìn)程會被整段搬出內(nèi)存。這些箭頭正是這份“操作系統(tǒng)第八版習(xí)題答案”里被問得最多的部分也是后續(xù)調(diào)度、互斥、死鎖所有題目的地基。2. 五個狀態(tài)與六次轉(zhuǎn)換進(jìn)程從被創(chuàng)建到被掛起經(jīng)歷了什么進(jìn)程管理這一章之所以難是因?yàn)榻滩牧?xí)慣用一張圖概括所有情況而初學(xué)者的第一反應(yīng)是“這些方塊看起來都一樣”。其實(shí)每個狀態(tài)只回答一件事這個進(jìn)程現(xiàn)在缺什么。缺處理器是一種情況缺一個輸入輸出結(jié)果是另一種缺內(nèi)存位置又是第三種。把“缺什么”想清楚六條箭頭自然就順了。2.1 就緒、運(yùn)行、阻塞三個身份三種等待通俗地說就緒態(tài)是“菜洗好切好了只等灶臺空出來”運(yùn)行態(tài)是“正在灶上炒”阻塞態(tài)是“炒到一半發(fā)現(xiàn)鹽沒了出門買鹽去”。關(guān)鍵區(qū)別在于就緒態(tài)缺的只有處理器一旦調(diào)度器點(diǎn)名立刻就能跑阻塞態(tài)缺的是別的東西——磁盤讀完、鍵盤輸入、某個信號量被釋放——這時候就算把整臺機(jī)器的處理器都空著給它它也跑不動。由此可以推出四條最基本的轉(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)換引發(fā)事件通俗解釋就緒 → 運(yùn)行被分派器選中分到處理器排到了上臺運(yùn)行 → 就緒進(jìn)程被搶占時間片用完、更高優(yōu)先級到達(dá)還沒干完被叫下來重新排隊(duì)運(yùn)行 → 阻塞運(yùn)行中發(fā)生必須等待的事件如發(fā)起磁盤讀主動讓出灶臺去買鹽阻塞 → 就緒等待的事件發(fā)生了如磁盤讀完成產(chǎn)生中斷鹽買回來了重新排隊(duì)等灶臺這四條里最容易被寫反的是第二條和第三條。區(qū)分方法很簡單看進(jìn)程是“被迫下臺”還是“主動下臺”。時間片到了被換走是運(yùn)行轉(zhuǎn)就緒它的活兒還沒干完只是暫時沒資格占著處理器發(fā)起一次磁盤讀然后等結(jié)果是運(yùn)行轉(zhuǎn)阻塞它自己知道自己跑不下去了。很多課后答案只寫“進(jìn)程被搶占”五個字但真正的考點(diǎn)在于搶占之后它回到的是就緒隊(duì)列不是阻塞隊(duì)列。這里還有一個隱藏角色——分派器。調(diào)度策略決定“下一個該誰”分派器負(fù)責(zé)“把處理器真正交出去”。教材題目里說“由于該進(jìn)程被分派器分派到處理器”強(qiáng)調(diào)的就是這一步是動作不是策略。策略和動作分開看進(jìn)程調(diào)度那幾道題就不會混。2.2 掛起態(tài)被搬出內(nèi)存的進(jìn)程去了哪兒第四個狀態(tài)在教材里叫“非常駐態(tài)”更多地方寫成“掛起態(tài)”細(xì)分還有就緒/掛起和阻塞/掛起兩種。它和阻塞態(tài)最大的不同是位置阻塞態(tài)雖然沒在跑但它的代碼和數(shù)據(jù)還老老實(shí)實(shí)待在內(nèi)存里掛起態(tài)則是整個進(jìn)程被搬到磁盤上內(nèi)存里可能一點(diǎn)痕跡都不留。為什么要這么干教材給的答案很實(shí)在內(nèi)存里保存的進(jìn)程已經(jīng)達(dá)到上限又有新進(jìn)程要創(chuàng)建或者系統(tǒng)并發(fā)度需要降低。打個比方餐館里等位的客人太多椅子不夠了只好請一部分人到門外先站著——人還是那些人但占的地方不一樣了。于是多出兩條轉(zhuǎn)換就緒 → 就緒/掛起內(nèi)存緊張或并發(fā)度要降把已經(jīng)準(zhǔn)備好但暫時輪不上的進(jìn)程挪出去。阻塞 → 阻塞/掛起同樣是內(nèi)存里進(jìn)程太多把正在等的進(jìn)程連同它的等待狀態(tài)一起挪到磁盤上。注意這兩條的原因被教材歸為同一類答題時不必硬編兩個理由。真正需要分清的是一個進(jìn)程被掛起不代表它等的事件消失了。阻塞/掛起的進(jìn)程等的還是那個磁盤讀完成或者信號量只是它現(xiàn)在不在內(nèi)存里等事件來了還得先被調(diào)回來才能繼續(xù)。反過來從掛起回到內(nèi)存的那一側(cè)通常叫激活。這一步教材沒有在狀態(tài)圖里細(xì)畫但理解上就是逆過程內(nèi)存騰出位置了或者它等的事件已經(jīng)發(fā)生、需要盡快處理就把它調(diào)回來。答題時如果題目只問“引發(fā)每個狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件”把正向六條寫清楚就夠了如果題目追問“那它怎么回來”答“內(nèi)存有空間或事件已就緒時被激活調(diào)入”即可。這一層想明白后面那些帶時刻表的長題才不會亂。2.3 把事件時間軸翻譯成狀態(tài)一道題背后的還原方法教材里那種“時刻 5、15、18、20……分別寫出每個進(jìn)程在時刻 22、37、47 的狀態(tài)”的題看著嚇人其實(shí)是體力活。它的解題套路只有三步跟查快遞物流差不多。第一步畫一張表。橫軸是進(jìn)程編號縱軸是時刻從最早的事件開始往下排。每個格子先留空等有事件落進(jìn)去再填。第二步把事件翻譯成狀態(tài)變化。這一步靠的是 2.1 和 2.2 那張轉(zhuǎn)換表但要補(bǔ)兩個教材題里常埋的細(xì)節(jié)請求輸入輸出是運(yùn)行轉(zhuǎn)阻塞輸入輸出完成產(chǎn)生中斷是阻塞轉(zhuǎn)就緒。注意是“完成”才算發(fā)出請求那一刻只是開始等。換出是轉(zhuǎn)入掛起調(diào)入是從掛起回來。中間隔著的那段時間該進(jìn)程既不占內(nèi)存也不參與調(diào)度。第三步處理“排隊(duì)”這個坑。同一道題里磁盤單元 3 先后被三個進(jìn)程碰過一個進(jìn)程先讀它另一個進(jìn)程后來要寫它還有一個進(jìn)程稍后又要讀它。這種共享設(shè)備必須串行使用后來者得等前面的用完。初學(xué)者最容易在這里出錯——看到“時刻 24 某進(jìn)程讀磁盤單元 3”就直接判它阻塞卻忘了它可能還在排隊(duì)等前一個持有者。判阻塞沒問題但要寫清“等的是磁盤單元 3 空出來”而不是籠統(tǒng)寫“等輸入輸出”。舉個能確定的小例子某進(jìn)程在時刻 20 發(fā)起讀磁盤單元 2時刻 33 產(chǎn)生讀完成中斷那么它在 20 到 33 之間始終是阻塞態(tài)等的就是這次讀完成33 之后轉(zhuǎn)成就緒態(tài)重新排隊(duì)等處理器。同理一個進(jìn)程時間片結(jié)束是運(yùn)行轉(zhuǎn)就緒不是轉(zhuǎn)阻塞因?yàn)樗鼪]在等任何外部事件。時刻表題的答案往往是一長串字母看著像密碼。真正值錢的不是那串字母而是你能不能對著任意一個時刻說出“它為什么在這個狀態(tài)、它在等誰”。這份習(xí)題答案里給出的狀態(tài)序列配上你自己畫的時間軸才算真正對上只抄序列下次換個時刻又不會了。3. 并發(fā)為什么會算出“錯”答案讀改寫從來不是一步單看tally tally 1這一行任何人都會說結(jié)果加一?？梢坏﹥蓚€進(jìn)程同時執(zhí)行它結(jié)果就開始不受控制。原因不在代碼寫得對不對而在于這行代碼在機(jī)器層面根本不是“一步”。3.1 兩個進(jìn)程各加 50 次結(jié)果為什么不是 100教材里那道經(jīng)典題兩個進(jìn)程共享一個整型變量各自循環(huán) 50 次做自增最后打印這個變量。按直覺答案應(yīng)該是 100實(shí)際可能小得離譜。因?yàn)橐恍凶栽鼍幾g后通常是三條指令把共享變量讀進(jìn)寄存器、寄存器加一、把寄存器寫回共享變量。# 用生成器模擬兩個進(jìn)程的指令級交錯 # mem 代表共享內(nèi)存reg 代表每個進(jìn)程私有的寄存器 def total(name, mem): for _ in range(50): reg mem[tally] # LOAD把共享變量讀進(jìn)自己的寄存器 yield # 此處可能被切換到另一個進(jìn)程 reg 1 # ADD只改自己寄存器里的副本 yield mem[tally] reg # STORE把副本寫回共享變量 yield這段代碼不是真實(shí)實(shí)現(xiàn)只是把“三條指令”和“隨時可能被切換”這兩件事擺到明面上。關(guān)鍵參數(shù)只有兩個mem[tally]是大家共用的那一個格子reg是每個進(jìn)程各自的小本子。讀的時候抄一份到自己本子上改的是本子上的數(shù)字只有寫回那一刻才影響大家。問題就出在這兒從抄到寫回之間別人可能已經(jīng)把新數(shù)字寫進(jìn)去了你一寫回就把人家的成果蓋掉了。這正是并發(fā)題目里最反直覺的地方兩個進(jìn)程都沒有算錯各自都老老實(shí)實(shí)做了 50 次加一可最后的結(jié)果卻對不上。翻車不是因?yàn)檎l寫錯了代碼而是因?yàn)椤白x—改—寫”這三步之間存在一個可以被插隊(duì)的窗口。3.2 上界 100、下界 2 是怎么卡出來的上界好想兩個進(jìn)程完全錯開執(zhí)行一個做完 50 次另一個再做 50 次中間沒有任何交錯結(jié)果就是 100。這也是最理想的情況說明并發(fā)本身不必然出錯只是不保證。下界需要一步步推。設(shè)兩個進(jìn)程為 A 和 B共享變量初始為 0A 執(zhí)行讀指令把 0 抄進(jìn)自己的寄存器此時被切走。B 完整跑完 49 次自增共享變量變成 49。A 恢復(fù)執(zhí)行加一自己寄存器里是 1然后寫回共享變量被改成 1——49 被蓋掉了。B 進(jìn)入下一輪讀到的共享變量已經(jīng)是 1抄進(jìn)自己的寄存器。A 一口氣把剩下的自增全部做完共享變量漲到 50。B 執(zhí)行加一寄存器里是 2寫回最終結(jié)果停在 2。所以最終結(jié)果落在 2 到 100 之間。教材進(jìn)一步把它推廣如果有 N 個這樣的進(jìn)程每個都做 50 次范圍就本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取