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操作系统原理作业四:进程与线程切换与并发问题分析
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更新于2024-08-04
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本资源是一份关于操作系统原理的作业,由黄玟瑜同学于2021年4月11日提交,涵盖了多个相关的理论和实践题目。作业主题涉及操作系统内核与用户级线程的切换开销、线程同步与数据共享、并发编程中的线程安全问题以及多线程同步机制。 1. 任务一:操作系统原理习题 - 习题4.1探讨了进程和线程切换的开销,指出同一进程内线程切换相比跨进程切换,由于涉及的系统资源更少,效率较高。重点在于理解上下文切换和虚拟地址空间切换的区别。 2. 用户级线程和调度 - 习题4.2强调了用户级线程的隐藏性,操作系统调度是以进程为单位进行的,这意味着用户级线程的调度状态对操作系统不可见,这可能导致当一个线程执行系统调用时,整个进程会被阻塞。 3. 线程同步与数据一致性 - 习题4.7涉及到一个计数器函数,若在并发环境中,由于线程共享全局变量`global_positives`,未正确处理读写锁,会导致统计结果出错。若读写操作不互斥,可能会发生竞态条件,最终导致数据错误。 4. 多线程并发编程 - 习题4.9中,一个程序通过创建子线程来并行累加数值,但未使用同步机制,这导致主线程和子线程的操作相互干扰。程序输出显示,由于线程间的竞争和数据覆盖,主线程的有效累加次数只有19次,实际结果与预期不符,计算得出的结果为40-19。 这些习题着重考察了学生对操作系统内核级与用户级线程的底层原理、线程同步和并发编程中的并发控制的理解,以及如何正确处理多线程环境下的数据一致性问题。解答这些问题不仅需要扎实的理论基础,还需要实践经验和对并发编程潜在问题的敏感性。
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黄玟瑜
19335074
huangmy73@mail2.sysu.edu.cn
作业四
操作系统原理
, 2021
春
2021-04-11
任务一
完成教材习题 4.1、4.2、4.7、4.9。
习题 4.1
是的。同一个进程中的两个线程在切换时需要切换 CPU 上下文和切换内核栈,而不同进程间
的线程的切换除了需要切换 CPU 上下文和切换内核栈外,还需要切换虚拟地址空间,且两个进程
间的切换需要存储更多的状态信息,因此线程间的切换比进程的切换开销要少。
习题 4.2
因为对于用户级线程来说,一个进程的线程结构对操作系统来说是不可见的,而操作系统的调
度是以进程为单位的,因此当用户级线程执行系统调用时操作系统阻塞其会阻塞这个进程中所有的
线程。
习题 4.7
a.
该函数的功能为统计给定链表 l 中大于 0 的数据的个数,结果存储在全局变量 global_positives
中。
b.
若该函数在两个并发的线程中使用会出现问题。两个线程共享同一个变量 global_positives,若
读写操作互斥,两个线程都运行该程序的结果是 global_positives 被累计了两遍,最终统计的正数的
个数是链表 l 中正数的实际个数的 2 倍;若读写操作不互斥,则有可能发生 race condition,例如线
程 A 读取 global_positives 时它的值为 1,加 1 后的结果为 2,若此时线程 B 执行一段时间将要写
回的值为 7,线程 A 再将 2 写回,累计的结果显然是错误的。
习题 4.9
a.
该程序对变量 myglobal 累加 20 次,它创建子线程并让子线程执行和主线程相同功能的代码,
但子线程每次取数存储到局部变量 j 中,对 j 操作完延时 1 后再将结果写回变量 myglobal 中,主线
程直接在 myglobal 上加 1,延时 1 后再重复操作。
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