【软考-架构】2.1、操作系统概述-进程管理-同步互斥

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操作系统知识

重点：

• 分页存储管理
• I/O 软件

操作系统概述

操作系统的4个特征是并发性、共享性、虚拟性和不确定性（异步性）。

嵌入式系统初始化过程按照自底向上、从硬件到软件的次序依次为：片级初始化→板级初始化→系统初始化。

进程组成和状态

运行、阻塞、就绪三态图会考，五态图不考，了解

💯考试真题

选项分析

• 选项 A（时间片到） 是唯一与状态选项 C（就绪、运行、等待和等待）匹配的组合。虽然 FCFS 传统上无时间片，但题目提供此选项，可能是假设某种抢占式变体。
• 选项 B 和 C 需要假设 P1 持有特定资源，但题目未说明，且结果状态无匹配。
• 选项 D 因 P1 终止后状态定义问题，无法直接匹配。

因此，最合理的解释是：P1 的时间片到期，被抢占，进入就绪队列；P2 开始运行；P3 和 P4 状态不变。

若 P1 时间片到，则 P1、P2、P3 和 P4 的状态应分别为 就绪、运行、等待和等待。即选择 A 和 C。

前趋图

进程资源图

阻塞节点：某进程所请求的资源已经全部分配完毕。无法获取所需资源，该进程被阻塞了无法继续。

非阻塞节点：某进程所请求的资源还有剩余可以分配给该进程继续运行。

当一个进程资源图中所有进程都是阻塞节点时，即陷入死锁状态。

💯考试真题

问题1

判断进程的阻塞状态

P1 申请了R1和R2资源。若R1或R2已被其他进程占用（例如P3可能持有R1，或R2被其他未提及的进程占用），则P1会被阻塞。

P2 申请了R3资源。若R3不可用，则P2会被阻塞。

P3 申请了R1资源。若R1未被占用（假设当前R1空闲），则P3可以立即运行，是非阻塞节点。

结论：

C. P1、P2是阻塞节点，P3是非阻塞节点

问题2

判断进程资源图是否可以化简及化简顺序

化简可行性分析

P3是非阻塞节点，可以立即执行，执行后会释放R1资源。

P1因等待R1和R2被阻塞，但P3释放R1后，若R2可用（假设初始状态R2空闲），则P1可以运行。

P1运行后释放R2，使P2可以申请R3并执行。

因此，系统可以通过逐步释放资源完成所有进程，不存在死锁，可以化简。

化简顺序

根据资源释放的依赖关系：

P3（释放R1）→ P1（释放R2）→ P2（释放R3）

结论：

B. 可以化简的，其化简顺序为P3→P1→P2

最终答案

阻塞状态判断：C

化简顺序判断：B

注： 假设初始资源分配中R1未被占用（允许P3直接运行），且R2/R3初始可用。若资源初始状态不同，结论可能变化，需结合图中具体资源持有关系确认。

✨【重点】进程同步与互斥✨

临界资源：各进程间需要以互斥方式对其进行访问的资源。

临界区：指进程中对临界资源实施操作的那段程序。本质是一段程序代码。

互斥：某资源（即临界资源）在同一时间内只能由一个任务单独使用，使用时需要加锁，使用完后解锁才能被其他任务使用：如打印机。

同步：多个任务可以并发执行，只不过有速度上的差异，在一定情况下停下等待，不存在资源是否单独或共享的问题；如自行车和汽车。

互斥信号量：对临界资源采用互斥访问，使用互斥信号量后其他进程无法访问，初值为1。

同步信号量：对共享资源的访问控制，初值一般是共享资源的数量。

P操作：申请资源，S=S-1，若S>=0，则执行P操作的进程继续执行；若S<0，则置该进程为阻塞状态因为无可用资源），并将其插入阻塞队列。

V操作：释放资源，S=S+1，若S>0，则执行V操作的进程继续执行；若S<=0，则从阻塞状态唤醒一个进程，并将其插入就绪队列（此时因为缺少资源被P操作阻塞的进程可以继续执行），然后执行V操作的进程继续。

💯考试真题

问题1

a和b处的操作（P1和P2）

P1 是起始进程，执行后需触发 P2 和 P3，因此需要释放两个信号量：

• V(S1)：通知P2可以运行。
• V(S2)：通知P3可以运行。

a处应填写 V(S1)V(S2)。

P2 结束后需触发 P4，因此释放信号量：V(S3)：通知P4可以运行。

b处应填写 V(S3)。

答案：C. V(S1)V(S2) 和 V(S3)

问题2

c和d处的操作（P3）

P3 需要等待 P1 的信号量 S2（通过 P(S2)），执行后释放 S4 以触发 P5：

c处应填写 P(S2)。

P3 结束后需触发 P4，因此释放信号量：V(S4)：通知P5可以运行。

根据选项设计，P3的操作对应 P(S2) 和 V(S4)。

答案：B. P(S2) 和 V(S4)

问题3

e和f处的操作（P4和P5）

P4 执行后需触发 P5，因此需要释放信号量：V(S5)

e处应填写 V(S5)；

P5 需要等待 P3和P4都完成，即需两个信号量操作：

P(S4)：等待P3完成。

P(S5)：等待P4完成。

f处应填写 P(S4)P(S5)。

答案：B. V(S5) 和 P(S4)P(S5)

答案：C B D，如下图