第四章 进程管理
4.1 进程具有异步性，是进程的优点还是缺点呢？
是优点。异步可以提高系统运行效率，例如当某进程在加载资源时，可以异步执行，将系统资源让给其他进程。同时，异步运行也不影响进程的同步性，当需要同步执行某些进程时，可以使用进程的消息管理机制控制进程的运行。
4.2 为何没有“阻塞到运行”或“就绪到阻塞”这样的状态迁移？
个人的理解是，就绪态的操作相当于一个队列等待。想要运行，在一定的优先级条件下首先要进入队列排队，而排队中的进程直到进入运行状态才能进行进入阻塞态等操作。
如果有“阻塞到运行”或“就绪到阻塞”的操作，实质上就打破了常规的流程，需要专门写一段代码处理这两种情况，降低系统稳定性。
4.3 进程控制块中“内部进程通信信息”这一类成员变量的作用是什么？
不同进程间的交互，数据通信，互斥与同步。
4.4 列举你知道的WINDOWS中，在程序启动exe程序创建相应进程的方法？
1、system()
2、WinExec()
3、SheelExcute()
4、CreateProcess()
CreateProcess()是最底层的创建进程方法，创建进程内核对象，创建虚拟地址空间，装载exe、dll代码和数据到地址空间，创建主线程和线程内核对象，启动主线程并进入main函数。前三种函数是对CreateProcess()的封装简化，system()最简单，直接传入exe文件目录就可以直接开启进程。
4.5 如何理解fork（）函数的返回值有2个取值？
fork()会返回pid参数，用于判断是子进程还是父进程。pid=0，是子进程；pid>0,是父进程，且值为子进程ID；pid=-1，出错。
4.6 画圆和画方两个过程是完全同步的吗？
不会完全同步，因为首先创建的线程会先执行。要提高同步性，应首先创建好两个进程，然后采用时钟触发的方式同时执行。
4.7 你有没有可用“线程编程技术”去改造和完善的编程项目？
有。在前端页面开发中，获取网络资源应采用异步获取的方式，否则当网速较低时，页面会出现卡顿，影响体验效果。因此获取网络资源时应新建一线程获取，不影响页面其他内容的交互。
4.8 临界区的设置大些好还是小些好？各有什么缺点？
应在满足访问控制的条件下尽可能小。太大会造成不必要的阻塞。
4.9 Lock(S)，unLock(S)两个函数能否用于控制多线程之间的临界区访问?
可以是可以，但并不是一种好方法，线程间的临界区访问有其他更好的方式来实现。
4.10 举出生活中类似“司机和售票员”的同步例子，并分析其中的关键操作。
超市购物结算。收银员将商品全部扫码完毕，出示总金额，客户根据总金额付款，收银员根据客户付款方式执行相应操作，将商品打包交给客户。
4.11 V操作定义中的q队列里面的进程都是阻塞进程。请问这些进程是从何而来的？或者说这些进程是怎么变成阻塞状态进入q队列的？
V操作和P操作是成对出现的。只有一种操作是无意义的。V操作中q队列的阻塞进程是P操作转入的。
4.12 3个进程Pa,Pb,Pc 。临界资源数量为1，CSa,b,c是临界区”中，三个进程并发过程中，是不是一定会发生阻塞或唤醒操作？如果mutex初值设置为0或2会有什么结果？在实际应用中，应该怎么合理的设置互斥量的初值？
不一定。例如并发过程中，三个进程恰好是分别先后执行PV操作。设置为0的话，所有进程都无法进入临界区；设置为1的话，可以同时有两个进程进入临界区。在实际应用中，根据可最多同时进入临界区的进程个数设置互斥量初值。
4.13 在4.5.4节“实现进程同步的例子：司机vs售票员”中，如果把两个信号量S1,S2的初值都设置为1，司机和售票员还能否正确同步？如果不能，请给出反例证明。在实际应用中，应该怎么合理的设置信号量的初值？
不能。因为会出现未关门就起步或未停车就开门的情况。在实际应用中，应根据正确的逻辑关系确定初值。如果是分属两个进程的两个步骤先后执行，应将初值设为0，如果是临界区互斥，应将初值设为1。
4.14 编者和读者”同步问题在严格意义上讲是一个同步问题还是一个互斥问题？如果把题目的同步要求做一个加强：如果有读者和编者同时在等一个编者“写完”，则当前的“写”操作完后，等待的编者能优先进入。新的情形应当如何完成P-V同步操作？
写者优先:
1.写者线程的优先级高于读者线程。
2.当有写者到来时应该阻塞读者线程的队列。
3.当有一个写者正在写时或在阻塞队列时应当阻塞读者进程的读操作，直到所有写者进程完成写操作时放开读者进程。
4.当没有写者进程时读者进程应该能够同时读取文件。
具体实现:
1.通过添加信号量read实现写者到来时能够打断读者进程。
2.设置信号量fileSrc实现读写者对临界资源的访问。
3.设置计数器writeCount来统计当前阻塞的写者进程的数目，设置信号量writeCountSignal完成对writeCount计数器资源的互斥访问。
4.设置计数器readCount来统计访问临界资源的读者数目，设置信号量readCountSignal完成对readCount计数器资源的互斥访问。
4.15 在控制台上直接启动的一个应用程序，其末尾的exit( )函数返回参数由谁处理或接收？
应该是init进程。init进程是系统中所有其它用户进程的祖先进程，Linux中的所有进程都是有init进程创建并运行的。首先Linux内核启动，然后在用户空间中启动init进程，再启动其他系统进程。在系统启动完成完成后，init将变为守护进程监视系统其他进程。
4.16 举出生活中类似“司机和售票员”的同步例子，并分析其中的关键操作。
个人理解，匿名管道实质上是有主从关系的，用来实现父进程对子进程的控制，因此是由父进程单方面的读写，子进程被动的响应。
4.17 Linux信号机制与中断机制有什么异同？
信号和中断的相似点：
都采用了异步通信的方式，同步就是排队，信息一个接一个的处理，异步就是插队；
都是暂停当前的, 去执行对应的handle程序；
都是处理完返回原来位置；
对于信号和中断, 都是可以屏蔽的。
信号与中断的区别：
中断有优先级, 信号没有；
信号处理程序在用户态下运行的, 中断程序在核心态下运行的；
中断响应是及时的, 当信号响应一般有延迟。
单元作业
1 进程有哪4个特征？
动态性：进程是程序的一次执行过程，动态产生和消亡；
并发性：进程同其他进程一起向前推进；
异步性：进程按各自速度向前推进；
独立性：进程是系统分配资源和调度CPU的单位。
2 进程有哪3个基本状态，它们之间如何迁移？
运行状态：进程已占有CPU，在CPU上运行；
就绪状态：举报运行条件但由于无CPU，暂时不能运行；
阻塞状态：因为等待某项服务完成或信号不能运行的状态。
新建的进程会进入就绪状态，根据进程调度进入运行状态，若有退出信号则进入终止状态，若需等待I/O或事件则进入阻塞状态，若时间片已到则进入就绪状态，组赛状态的进程等到I/O信号或事件信号后进入就绪状态。
3 什么是进程控制，有哪4个典型的进程控制行为？
进程控制是指在进程生成全周期内，对其全部行为的控制。
四个典型控制行为包括：创建进程、阻塞进程、撤销进程和唤醒进行。
4 什么是原语，有何特点？
原语是由若干指令构成的具有特定功能的函数。具有原子性，其操作不可分割。
5 试述fork()函数的作用和特点？
fork()是一个系统调用，用于创建进程。一个进程调用fork()函数后，系统先给新的进程分配资源，例如存储数据和代码的空间。新进程是当前进程的子进程，子进程是父进程的复制，子进程和父进程并发运行。
fork()会返回pid参数，用于判断是子进程还是父进程。pid=0，是子进程；pid>0,是父进程，且值为子进程ID；pid=-1，出错。
6 试述线程的概念（Thread）或特点？
线程是可由CPU直接运行的实体；一个进程可以创建多个线程；多个线程共享CPU可以实现并发运行。
7 试述线程有哪些典型应用场合？
1、程序需要并发运行多个功能；
2、需要改善窗口交互性的地方，例如用户输入、文件操作、网络操作、搜索等；
3、需要改善程序结构的地方，后台程序；
4、多核CPU上的应用，重复发挥多核性能。
8 何为临界资源，何为临界区？
临界资源是指一次只允许一个进程独占访问的资源。临界区是指进程中访问临界资源的程序段。
9 试述设计临界资源或临界区访问机制的四个原则是什么？
忙则等待、空闲让进、有限等待、让权等待
10 临界区访问机制为什么要实现让权等待原则？锁机制为什么没有满足该原则？
让权等待可以让其它进程有机会得到CPU。锁机制阻止了其他进程对临界区资源的使用，且让调用该资源的进程处于阻塞状态，直到该进程调用完临界资源，执行解锁操作。
11 什么是进程的互斥，什么是进程的同步？各举一个例子说明。
进程的互斥是指多个进程由于共享了独占性资源，必须协调各进程对资源的存取顺序，确保没有两个或两个以上的进程同时进行存取操作。例如临界资源的使用。
进程的同步是指若干进程为了完成一个共同的任务，需要相互协调运行步伐，一个进程开始某个操作之前必须要求另一个进程已经完成某个操作，否则前面的进程只能等待。例如司机和售票员之间的操作。
12 P-V操作的作用是什么？P操作和V操作各自的原理是什么？
P-V操作为了实现信号灯进程同步机制。信号灯包含S和q两个属性，S表示信号量，q表示PCB队列。进程可以通过P-V操作改变信号灯的状态，同时进程的状态也受信号灯状态的约束。
P操作将S减1；若差大于等于0，该进程继续；若差小于0，则进程阻塞并加入队列q。
V操作将S加1；若和大于0，进程继续；若和小于等于0，该进程继续同时从q唤醒一个进程。
13 试述P-V操作解决互斥问题的思路是什么？
1、设定合适的S初值；
2、进入临界区前执行P操作；
3、离开临界区之后执行V操作。
14 试述P-V操作解决同步问题的思路是什么？
1、定义有意义的信号量S，并设置合适的初值；
2、暂停进程时在关键操作前执行P操作；
3、继续进程时在关键操作后执行V操作。
15 试分析“司机vs售票员”同步问题中，哪些操作是关键操作，哪些不是？为什么？
关键操作有关门、起步和停车、开门。行驶和售票不是关键操作。关键操作涉及到与其他进程的交互，非关键操作不涉及其他进程，只需满足进程内的逻辑。
16 试分析“生产者与消费者”问题中，P-V操作是如何阻止生产者生产速度过快的，又是如何阻止消费者消费速度过快的？又是如何及时唤醒生产者去尽快生产的，又是如何及时唤醒消费者去尽快消费的？
添加规则，不能向满缓存区存产品，不能从空缓存区取产品，当缓存区已满，生产者处于阻塞态，只有消费者可以运行，当缓存区已空，消费者处于阻塞态，只有生产者可以运行。
17 试述Windows的信号量（Semaphore）机制的工作原理（或如何应用该机制）？
信号量允许指定数目的多个线程或进程访问临界区，是一种资源计数器，用于限制并发线程的数量。
WaitForSingleObject将信号量减1，ReleaseSemaphore将信号量加1，信号量大于0为有信号状态，小于等于0为无信号状态。
18 试述Linux中wait函数和exit函数的作用和它们之间的联系？
wait(int status)可以阻塞自己，当有子进程结束，wait收集该子进程信息并销毁该子进程后返回。
exit(int status)可以终止进程，利用status传递进程结束时的状态，然后变为僵尸状态，保留部分PCB信息供wait收集。
19 试述Windows管道通信或Linux信号机制的原理（或如何应用该机制）？
管道是一种用于在进程间共享数据的机制，其实质是一段共享内存。Windows系统为这段共享的内存设计采用数据流I/0的方式来访问。由一个进程读、另一个进程写，类似于一个管道两端，因此这种进程间的通信方式称作“管道”。
管道分为匿名管道和命名管道：
匿名管道只能在父子进程间进行通信，不能在网络间通信，而且数据传输是单向的，只能一端写，另一端读，为实现双向通信，需建立两个匿名管道；
命令管道可以在任意进程间通信，通信是双向的，任意一端都可读可写，但是在同一时间只能有一端读、一端写。
匿名管道使用方法：
1、创建一个安全属性描述符，设置句柄可继承
2、创建两个管道，父读子写和子读父写
3、重定向输出，将子进程的读写重定向
4、创建子进程
5、读写数据给子进程
20 阅读Linux2.6或更早早期的版本，查看task_struct结构的定义，了解每个成员变量的含义。
state 进程状态
pid 进程标识符
tgid 线程组标识符
flags 进程标记符
real_parent 当前执行进程的父进程
parent 父进程
children 子进程
prio 优先级
mm 地址空间