线程的互斥和同步可以采用什么方法来控制_线程的同步和异步的区别

计算机四级网络工程师笔记——操作系统1 　　创作于—-Jan 12, 2021 　　去年9月通过了三级网络技术，12月通过了四级网工。本来我是打算在今年3月过四级，没想到我们当地考试院在12月开考了全部科目，心想着三级都过了突击一下又何妨，于是在考前最后10几天通过了考试，成绩合格。 　　简单说一下四级考试，我当时考的是四级网工(41)，考试有两个部分，分为”操作系统原理”与”计算机网络”，题型全为选择题，总共100分，每部分各占50分，其中每部分单选30道(1分1个)，多选10道(2分1个)。考试通过条件：两部分分别达到30分才算合格，若有一门没达标，则不合格。考试难度相对于三级网络技术略偏难，但是认真对待是没有问题的。 　　当时只有10几天时间备考4级，在淘宝买了个激活码，我只刷了操系全部和计网的单选(计网多选估计全遭殃)，但是有些题目具有一定规律，于是通过此次整理呈现给大家。建议练习题库的时候一章一章来(见图1)，这样有利于汇集知识点，不要急于求成。 　　想通过考试只需一个题库就行(题库用的：未来教育)，买相应配套教材不起太大作用(系统学习的另当别论)。在这里不讨论四级含金量如何，如果你是CS、SE之类专业建议走软考或厂商之类的考试，非计专业建议考二级office，能力较强者可尝试软考之类的。(若有意见请轻喷！) 　　我会从题库里面章节练习的角度去总结部分知识点与题型“套路”(见图1)，该篇幅从某种角度上不会帮助大家学到相应计算机专业的知识，旨在帮助大家高效刷题通关，不要指望该篇幅一定能帮助你能通过考试，因为四级网络工程师不像三级网络技术那样存在大量的技巧和套路。想要通关，除了掌握四级里面常用题型外，还要去篇幅里面没有总结到的地方。(四级网工——操作系统技巧套路型题目占整个操作系统60%左右，且主要集中在单选题，意味着有将近部分选择题和大部分多选需要大家自行去刷题记忆。) 　　关于第二篇见下https://zhuanlan.zhihu.com/p/

图1 未来教育截图内容概要 　　★操作系统概论 　　★操作系统运行机制 　　★进程线程模型 　　★并发与同步一、操作系统概论 　　1.1、组成操作系统的四大部分：线程管理、内存管理、设备管理、文件管理； 　　1.2、四大计算机角度看操作系统主要作用： 　　①应用角度——提供人机交互接口； 　　②软件设计与开发角度——提供软件开发平台； 　　③计算机安全保护角度——第一道安全防线(不是最后一道)； 　　④系统发展角度——虚拟机和扩展机； 　　1.3、用户可见寄存器：数据、地址、条件码(后面章节用得到)； 　　1.4、关于操作系统的说法：操作系统属于系统软件(看到工具软件、应用软件都是错的)； 　　1.5、操作系统特征——并发性 　　①概念角度：进程在宏观同时运行，微观交替运行。 　　②现象角度：单处理器(cpu)交替运行两个程序。 　　PS：至于其它特征共享性、随机性只是概念问题，大家自行刷题即可。后面不再阐述！ 　　1.6、可同时共享有：硬盘、可重入代码、硬盘驱动器、内存储器； 　　1.7、不可同时共享：内存分配模块、扫描仪； 　　1.8、可互斥共享有：中央处理器、存储器、打印机； 　　1.9、常见操作系统有:Ubuntu、Windows、Unix、DOS、BSD； 　　PS：第一章多选题没有太多总结地方，大家自行刷题即可。当然有些选择题可以靠直觉选出，这样的题有点多。例如：

图1.1

图1.2 　　看到内核这两个字，首先联想到是和计算机内部有关，而用户应用程序应属于计算机表面(我的理解)，故答案选择D。二、操作系统运行机制 　　2.1、用户不可见寄存器：程序计数器(pc)、指令寄存器(ir)、程序状态字(psw)； 　　2.2、问到关于“编写程序”之类的问题，需用到什么接口？：系统调用；

图2.2-1

图2.2-2

图2.2-3 　　2.3、关于几个中断的概念 　　①中断请求：外部I/O设备(中断控制器)向处理器发出的中断信号； 　　②中断源：引起中断的那些事件； 　　③中断响应：处理器暂停当前程序，转而进入中断处理程序； 　　④中断断点：正在运行程序的暂停点； 　　2.4、关于中断与异常事件的判断： 　　①属于中断事件有：网卡数据缓冲区满、用户按鼠标左键、计时器归0、时钟中断、I/O中断、控制台中断、硬件故障中断……； 　　②属于异常事件有：被0除、程序执行时所访问的变量不在内存、产生缺页故障(或中断)、算术溢出…….； 　　PS：从以上两种时间可以看出——中断是由外部事件引发，异常是由正在执行的指令引发。 　　2.5、采用多道程序设计可以提高CPU、I/O设备、软硬件资源的利用率、缩短作业的平均周转时间 　　2.6、关于“访管指令”的几个选择题：(外部→内部)

图2.6-1 　　这种题可抽象理解为计算机外部对内部的一个交互过程，于是就会用到“访管指令”，下面这2个题也是类似的。

图2.6-2

图2.6-3 　　如果是内部→外部，则是：修改程序程序状态字(PSW)。见图2.6-4

图2.6-4 　　当然运用这种“内外”抽象思维可解决某些选择题，比如：

图2.6-5 　　2.7、关于系统调用与一般调用的几个说法：(我就不打字了，冬天手冷)











　　2.8、关于两种调用 　　①函数open()属于文件操作类系统调用； 　　②函数fork()属于进程控制类系统调用； 　　2.9、程序状态字(psw)标志位不包含有：保护位(p)、修改位(m)、访问位(r)；三、进程线程模型 　　3.1、”Hello World”多少个的问题？

图3.1 　　这种题问的是程序执行完后会输出多少个”Hello World”，大家都知道图3.1在没有fork()函数时，程序会打印出2行”Hello World”。那么fork()函数有什么样的功能？fork()是一个系统调用，用于创建进程。创建的这个进程与原来进程几乎完全相同。这个新产生的进程称为子进程。什么意思？就这个题举个例子。

图3.1-1 　　当然这是一个较为简单的情况，我们来看两个较为复杂的情况。见图3.1-2所示。

图3.1-2

图3.1-3 　　有时候这种题目会问：派生出多少个进程？见下图3.1-4所示.

图3.1-4 　　有时候该程序可能是一个if嵌套语句，遇到这种题可以这样处理，见下图3.1-4。

图3.1-5 　　3.2、fork()函数其它题型：

图3.2 　　这种题需要对fork()函数进一步理解，刚才上面提到过，fork函数从已存在的进程中创建一个新进程，新进程为子进程，而原进程称为父进程。学过C的都知道，函数执行完后会返回一个值。这里需要记住：当fork系统调用成功时，它会返回两个值给父子进程：其中子进程返回0，父进程返回所创建子进程的pid(＞0)。ps：pid=process id(进程号) 　　有了以上基础后我们来看相关的题，先看图3.2。可能上图if(fork()==0)不太好理解，我们对这个程序作一个变形，见下图3.2a所示。

图3.2a 　　给出解析，见图3.2-1。 　　PS：”pid_t pid;”是声明一个进程号类型变量，要想实现该声明，需头文件支持！

图3.2-1 　　出了以上例题外，再来看几个类似的题，以下我直接给出套路。见图3.2-2

图3.2-2 　　图3.2-2中的相应值是分别经过”++””–“运算后的两个值。 　　3.3、进程多少个问题

图3.3 　　对于这种题给出个模板就好，若m核处理器的计算机系统中共有n个进程(m＜n)，问： 　　①处于就绪状态最多为：n-m； 　　②处于运行状态最多为：m； 　　③处于阻塞状态最多为：n； 　　④处于就绪、运行、阻塞状态最少为：0； 　　有时候会遇到下面这种题，故直接给出方法：

图3.3-1 　　3.4、几种Pthread线程操作含义 　　①pthread_create：创建一个新线程； 　　②pthread_exit：结束调用的线程(线程运行后正常退出)； 　　③pthread_join：等待一个待定的线程结束； 　　④pthread_yield：释放CPU来运行另外一个进程； 　　⑤pthread_mutex_init：创建一个互斥量； 　　其中①-④是最重要的，我们来看几个关于该知识点的选择题，首先给出这种类型题的通用题版，见图3.4所示。

图3.4 　　这种题的选项有两种类型，我们先看第一种，见图3.4a所示。

图3.4a 　　遇到这种选项，就需要大家牢记①-④这几个知识点，故该选项类型的解题方法是

图3.4-1 　　PS:若没有图3.4-1紫色框圈住的这一行，则是“线程th_f运行后退出”。有时候需要审题。 　　第二种就是问到程序在运行中存在多少个进程(线程)。这种题就不需要看是什么情况了，答案通通为2。

图3.4-2 　　3.5、程序并发执行产生了一些和程序顺序执行不同的特性的几个说法： 　　①并发程序在执行期间具有相互制约的关系； 　　②程序与计算不在一一对应； 　　③并发程序执行结果不可再现； 　　④并发程序执行过程失去了封闭性； 　　3.6、进程唯一的”标志”或与进程具有一一对应关系或进程调度所需信息存放在：进程控制块(pcb)。 　　进程必须拥有而程序没有的是：进程控制块。 　　3.7、计算机创建的进程四种特性 　　①动态性：进程动态产生、动态变化、动态消亡。 　　②并发性：宏观上，不同的进程可以一起向前推进。 　　③独立性：一个进程是一个相对完整的资源分配单位。 　　④异步性：每个进程按照各自独立的、不可预知的速度向前推进。 　　3.8、多道程序设计环境具有：独立性、随机性、资源共享性。 　　3.9、进程控制块内容一般包括调度信息与现场信息两类， 　　①属于调度信息有：进程名、进程号、存储信息、优先级、当前状态、资源清单、”家族”关系、消息队列指针、进程队列指针、当前打开文件等…… 　　②属于现场信息有：程序状态字、时钟信息、界地址寄存器等…… 　　3.10、多道程序设计的意义：宏观上有多个进程在计算机中同时运行。 　　3.11、关于几种进程状态的说法 　　①运行态变成阻塞态的原因(事件)是：需要的数据没有准备好。 　　②当一个新的进程创建完成后，该进程的控制块将插入到：就绪队列。 　　③运行态变成就绪态的原因(事件)是：时间片到或分配给该进程的时间片用完、被调度抢占处理机、进程创建完成。 　　④等待态转为就绪态称为：唤醒。 　　3.12、关于进程原语的几种操作： 　　①使用进程原语创建进程：申请PCB→填写PCB→放入就绪队列； 　　②使用进程原语撤销进程：找到对应进程PCB→撤销其子孙进程→释放该进程资源→撤销PCB 　　③使用进程原语唤醒进程：在等待队列找到该进程PCB→修改PCB中进程状态为就绪→将其插入到就绪队列。 　　④使用进程原语阻塞进程：中断CPU执行→保存现场信息→修改PCB中进程状态为阻塞→将其插入到阻塞队列。四、并发与同步 　　4.1、临界资源访问过程的四个区域

图4.1 　　遇到这种选择题，只需记住以下四个即可。 　　①临界资源访问过程中的进入区：while TS(&lock)； 　　②临界资源访问过程中的临界区：n=fetch(blance)； 　　③临界资源访问过程中的剩余区：output(list)； 　　④临界资源访问过程中的退出区：lock=FALSE； 　　除此之外，还补充关于此方面的几个说法： 　　①在采用P、V操作对共享资源进行保护时，对共享资源读写的代码称为：临界区。 　　②进程对临界资源访问前，必须首先调用“进入区”代码。 　　③进程在结束临界资源访问后必须通过“退出区”才能离开。 　　④对信号量进行P原语操作的是在“进入区”进行、对信号量进行V原语操作是在“退出区”进行。 　　4.2、进程间的相互制约关系

图4.2 　　遇到这种题只需记住一个表格即可。见下图4.2-1所示

图4.2-1 　　4.3、进程同步机制应遵循的准则：空闲则入、忙则等待、有限等待、让权等待。 　　4.4、关于几种通信方式的定义 　　①共享内存：在相互通信的进程之间设一公共区域，一组进程向该公共区域写，令一组进程从公共区域读，通过这种方式实现两组进程间的信息交换。 　　②消息缓冲：在内存中开辟若干区域，发送进程申请一个区域，并将信息送入，然后把它插入到接受进程的相应队列中，之后通知接收进程。 　　③信箱：发送进程首先创建一个连接两个进程的通信机制，然后把信息送入该机制；发送进程和接受进程不直接建立联系，而接受进程可以在任何时刻从该机制中取走信息。 　　④管道：发送进程创建好连接两个进程的一个打开的共享文件，然后写入数据流；接受进程在需要时可以该共享文件读出数据，写入和读出的长度是可变的。 　　4.5、关于几种通信方式的说法 　　①共享内存：最适合传送大量信息、不会再系统中产生多份相同拷贝；该方法优点：公共内存互斥访问有程序员控制，相对灵活。 　　②消息机制：利用内存中若干公共缓冲区组织成队列，以实现进程之间的信息交换。 　　③管道通信：通过连接两个进程的一个打开的共享文件，可实现进程间的数据通信；且该方式是同步的；不足之处：通信速度太慢。 　　④信号量：低级通信方法； 　　⑤信箱优点：发送方和接收方不必直接建立联系；发送者和接收者可以异步收发邮件，无时间限制。 　　4.6、常见进程关系事件 　　这种题就需要考验大家的理解力了，举个例子

图4.6 　　题目问以下哪些事件“只”存在同步关系，显然汽车装配流水线的各种工序属于同步关系。想象一下，我们生活中的手机、电脑之类的，它们都是通过一步一步零件组装而来，不存在互斥之类的。然而“航班的订票”就是一个互斥关系，航班机票总是有限的，想象一下在春运、节假日期间，有很多人为了回家过节，于是机票就会成为有限资源(临界资源)，很多人在不同的app上抢票就会造成互斥，所以在民航订票服务中，订票点在服务器上发生发起订票过程，这些进程相互之间的关系属于互斥关系。“复印室的打印机使用”也属于互斥关系，举个例子，每当在毕业论文答辩前后的这些时间，你会发现校外对面的打印店都会排到校门口(打个比方而已，当然校内打印店压力也不小)。特别是去年，很多学校因为疫情原因而封校，于是打印资料就成为了一大难题，当时我为了等毕业设计打印资料从下午等到了晚上。当时资料太多了，我做的是设计类毕业设计，除了论文外(严格来说，本科期间我们专业的论文应该叫设计说明书，不存在什么论文说法，懂的都懂……)，还有图纸、列表清单、任务书、检查表、评阅表、开题报告、查重报告等……回到正题，在这种情况下由于打印资料繁多，这时候，复印店中的打印机就成为了有限资源(临界资源)，很多学生为了打印资料会造成互斥。当然在打印机内部也存在互斥现象，比如说先处理打印哪个文件的问题。这种互斥关系在我们日常生活中还有很多，比如：考研占座。 　　这种题，稍微理解下就能正确选出，有时候需注意审题。 　　4.7、信号量值PV操作(多选)

图4.7 　　这种题只需记住一个法则，然后按照该法则去依次检验每个选项即可。 　　法则：P操作减1，V操作加1。怎么检验？见图4.7-1所示

图4.7-1 　　本篇幅先总结一到四章常用题型知识点与解题方法。文中若有错误的地方，恳请广大”乎友、带佬”们指正，在下表示万分感谢。 　　未完待续！ 　　Thanks for your reading!