自考《網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)》課后答案（4）

　　第三章 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的通信

　　1. 什么叫同步：相互合作的兩個(gè)進(jìn)程之間需要在某個(gè)（些）確定點(diǎn)協(xié)調(diào)它們的工作，一個(gè)進(jìn)程到達(dá)了該點(diǎn)后，除非另一進(jìn)程已經(jīng)完成了某些操作，否則就不得不停下來(lái)，等待這些操作的完成。這就是進(jìn)程間的同步。什么叫互斥：兩個(gè)進(jìn)程由于不能同時(shí)使用同一臨界資源，只能在一個(gè)進(jìn)程使用完了，另一進(jìn)程才能使用，這種現(xiàn)象稱(chēng)為進(jìn)程間的互斥。試舉例說(shuō)明進(jìn)程間同步和互斥的區(qū)別：①同步的主要特征是：一個(gè)進(jìn)程在某一點(diǎn)上等待另一進(jìn)程提供信息，兩進(jìn)程之間存在直接制約關(guān)系，其表現(xiàn)形式為進(jìn)程—進(jìn)程。②互斥的主要特征是爭(zhēng)用資源，兩進(jìn)程間存在間接制約關(guān)系，其表現(xiàn)形式是進(jìn)程—資源—進(jìn)程。

　　2. 試給出P、V操作的定義：P、V操作是定義在信號(hào)量S上的兩個(gè)操作，其定義如下：

　　P（S）：

　?、?S：=S-1；

　?、?若S≥0，則調(diào)用P（S）的進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行；

　?、?若S＜0，則調(diào)用P（S）的進(jìn)程被阻塞，并把它插入到等待信號(hào)量S的阻塞隊(duì)列中。

　　V（S）：

　?、?S：=S+1；

　?、?若S＞0，則調(diào)用V（S）的進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行；

　?、?若S≤0，則從等待信號(hào)量S的阻塞隊(duì)列中喚醒頭一個(gè)進(jìn)程，然后調(diào)用V（S）的進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行。

　　如何利用P、V操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的互斥：P、V操作是解決同步與互斥問(wèn)題的有力工具。為解決互斥問(wèn)題，應(yīng)采取如下步驟：首先根據(jù)給定問(wèn)題的描述，列出各進(jìn)程要執(zhí)行的程序。其次，設(shè)置信號(hào)量。互斥問(wèn)題中，在臨界區(qū)前面加P（S），臨界區(qū)后面加V（S）。最后確定信號(hào)量的初值。在互斥問(wèn)題中，信號(hào)量通常取為互斥資源的個(gè)數(shù)。并說(shuō)明信號(hào)量的物理意義：信號(hào)量S＞0時(shí)，S的數(shù)值表示某類(lèi)可用資源的數(shù)目，執(zhí)行P操作意味著申請(qǐng)分配一個(gè)單位的資源；當(dāng)S≤0時(shí)，表示無(wú)資源可用，此時(shí)S的絕對(duì)值表示信號(hào)量S的阻塞隊(duì)列中的進(jìn)程數(shù)。執(zhí)行V操作意味著釋放一個(gè)單位的資源。

　　3. 如何利用P、V操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步：P、V操作是解決同步與互斥問(wèn)題的有力工具。為解決同步問(wèn)題，應(yīng)采取如下步驟：首先根據(jù)給定問(wèn)題的描述，列出各進(jìn)程要執(zhí)行的程序。其次，設(shè)置信號(hào)量。同步問(wèn)題中有幾個(gè)同步點(diǎn)就設(shè)置幾個(gè)信號(hào)量，等待的地方加P（S），發(fā)信號(hào)（解除等待）的地方加V（S）。最后確定信號(hào)量的初值。在同步問(wèn)題中，信號(hào)量的初值一般取0.在同步和互斥中，信號(hào)量初值的設(shè)置有何不同：在同步問(wèn)題中，信號(hào)量的初值一般取為0，在互斥問(wèn)題中，信號(hào)量通常取為互斥資源的個(gè)數(shù)。

　　4. 高級(jí)通信原語(yǔ)有何優(yōu)點(diǎn)：能夠?qū)崿F(xiàn)在進(jìn)程之間傳遞大量的信息。在消息緩沖通信方式中，發(fā)送原語(yǔ)和接收原語(yǔ)的主要功能是什么：發(fā)送原語(yǔ)的作用：將欲發(fā)送的消息從發(fā)送區(qū)復(fù)制到消息緩沖區(qū)，并把它掛起在接收進(jìn)程的消息緩沖隊(duì)列末尾。如果該接收進(jìn)程因等待消息而處于阻塞狀態(tài)，則將其喚醒。接收原語(yǔ)的作用：把發(fā)送者發(fā)來(lái)的消息從消息緩沖區(qū)復(fù)制到接收區(qū)，然后將消息緩沖區(qū)從消息隊(duì)列中消去，如果沒(méi)有消息可以接收，則進(jìn)入阻塞狀態(tài)。

　　5. 什么是信箱：信箱用于存放信件，而信件是一個(gè)進(jìn)程發(fā)送給另一進(jìn)程的消息。信箱的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：信箱頭和信箱體。信箱頭是信箱的描述部分，信箱體由若干格子組成，每個(gè)格子可存放一個(gè)信件。信箱頭包括的信息：①信箱名②信箱大?、垡汛嫘偶?shù)④空的格子數(shù)。如何用信箱實(shí)現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程之間的通信：進(jìn)程A想向進(jìn)程B發(fā)送消息前，先把消息組成一封信件，然后調(diào)用send原語(yǔ)向進(jìn)程B發(fā)送信件，并將信件投入進(jìn)程B的信箱中。進(jìn)程B為得到進(jìn)程A的消息，只要調(diào)用receive原語(yǔ)就可以從信箱中索取來(lái)自進(jìn)程A的信件。這就完成了一次進(jìn)程A到進(jìn)程B的通信過(guò)程。

　　6. 在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中，為什么要采用消息傳遞的通信機(jī)制：基于共享變量的通信方式適用于網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)內(nèi)部諸進(jìn)程之間的通信，而基于消息傳遞的通信方式適用于網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間的進(jìn)程通信。在消息傳遞的通信機(jī)制中有哪些通信方式：①通信原語(yǔ)②遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用③組通信。

　　7. 什么是同步原語(yǔ)：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程調(diào)用一個(gè)send原語(yǔ)時(shí)，在消息開(kāi)始發(fā)送后，發(fā)送進(jìn)程便處于阻塞狀態(tài)，直至消息完全發(fā)送完畢，send原語(yǔ)的后繼語(yǔ)句才能繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程調(diào)用一個(gè)receive原語(yǔ)時(shí)，并不立即返回控制，而是等到把消息實(shí)際接收下來(lái)，并把它放入指定的接收區(qū)，才返回控制，繼續(xù)執(zhí)行該原語(yǔ)的后繼指令。在這段時(shí)間它一直處于阻塞狀態(tài)。上述的send和receive被稱(chēng)為同步通信原語(yǔ)或阻塞通信原語(yǔ)。異步原語(yǔ)：發(fā)送進(jìn)程在調(diào)用send原語(yǔ)后，并不進(jìn)入阻塞狀態(tài)，它不等消息發(fā)送完就繼續(xù)執(zhí)行其后繼語(yǔ)句。在使用異步通信原語(yǔ)時(shí)，發(fā)送者在消息發(fā)送完成前為什么不能使用緩沖區(qū)：因?yàn)樘热舭l(fā)送進(jìn)程在消息發(fā)送完成之前，即在消息發(fā)送期間使用或修改原來(lái)的緩沖區(qū)，將會(huì)造成錯(cuò)誤。如何解決？有兩種辦法（應(yīng)采用異步原語(yǔ)）：①采用帶拷貝的非阻塞原語(yǔ)，即讓內(nèi)核把消息拷貝到內(nèi)核緩沖區(qū)，允許調(diào)用進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行。②帶中斷的非阻塞發(fā)送，即當(dāng)消息發(fā)送完成后，中斷發(fā)送進(jìn)程，通知發(fā)送進(jìn)程此時(shí)緩沖區(qū)可用。

　　8. 在進(jìn)程間通信如何保證消息不會(huì)丟失：為了保證消息被對(duì)方收到，可采用可靠原語(yǔ)。具體作法是：客戶(hù)向服務(wù)器方發(fā)一請(qǐng)求后，服務(wù)器對(duì)這一請(qǐng)求，由其內(nèi)核向客戶(hù)內(nèi)核返回一個(gè)確認(rèn)ACK，當(dāng)客戶(hù)內(nèi)核收到這一消息后，就喚醒客戶(hù)進(jìn)程。在客戶(hù)與服務(wù)器之間的請(qǐng)求/應(yīng)答共需四個(gè)消息：①?gòu)目蛻?hù)向服務(wù)器的請(qǐng)求②從服務(wù)器內(nèi)核向客戶(hù)內(nèi)核返回一個(gè)確認(rèn)③從服務(wù)器到客戶(hù)的應(yīng)答④從客戶(hù)的內(nèi)核向服務(wù)器內(nèi)核返回一個(gè)確認(rèn)。

　　9. 遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用：在網(wǎng)絡(luò)或分布式系統(tǒng)中，設(shè)有任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)A、B，節(jié)點(diǎn)A上的進(jìn)程調(diào)用節(jié)點(diǎn)B上的一個(gè)進(jìn)程時(shí)，節(jié)點(diǎn)A上的進(jìn)程被掛起，在節(jié)點(diǎn)B上執(zhí)行被調(diào)用的過(guò)程，消息以參數(shù)的形式從調(diào)用進(jìn)程傳送到被調(diào)用進(jìn)程，并將被調(diào)用過(guò)程執(zhí)行的結(jié)果返回給調(diào)用進(jìn)程。這種通信方式稱(chēng)為遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用。其基本原理是什么：允許某一節(jié)點(diǎn)上的程序調(diào)用其他節(jié)點(diǎn)上的過(guò)程或函數(shù)。例如節(jié)點(diǎn)機(jī)A上的進(jìn)程調(diào)用節(jié)點(diǎn)機(jī)B上的過(guò)程，節(jié)點(diǎn)機(jī)A的調(diào)用進(jìn)程被掛起，在節(jié)點(diǎn)機(jī)B上執(zhí)行被調(diào)用過(guò)程。消息以參數(shù)的形式從調(diào)用過(guò)程傳到被調(diào)用過(guò)程，被調(diào)用過(guò)程執(zhí)行的結(jié)果再返回給調(diào)用過(guò)程。對(duì)程序員來(lái)說(shuō)，他看不到消息傳遞過(guò)程和I/O處理過(guò)程。

　　10. RPC的透明性指的是什么：指的是要使得遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用盡可能像本地調(diào)用一樣。調(diào)用過(guò)程應(yīng)該不知道被調(diào)用過(guò)程是在另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，反過(guò)來(lái)也是如此，被調(diào)用過(guò)程也不應(yīng)該知道是由哪個(gè)機(jī)器上的進(jìn)程調(diào)用的。如何保證這一透明性：遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用為實(shí)現(xiàn)其透明性，在客戶(hù)機(jī)上設(shè)置一個(gè)客戶(hù)代理，同樣在服務(wù)器機(jī)上設(shè)置一個(gè)服務(wù)器代理。

　　11. 簡(jiǎn)述遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的步驟：①客戶(hù)過(guò)程以通常方式調(diào)用客戶(hù)代理。②客戶(hù)代理構(gòu)造一個(gè)消息并陷入內(nèi)核。③本地內(nèi)核發(fā)送消息給遠(yuǎn)程內(nèi)核。④遠(yuǎn)程內(nèi)核把消息送給服務(wù)器代理。⑤服務(wù)器代理從消息包中取出參數(shù)并調(diào)用服務(wù)器。⑥服務(wù)器完成相應(yīng)的服務(wù)，將結(jié)果送給服務(wù)代理。⑦服務(wù)代理將結(jié)果打包形成一個(gè)消息并陷入內(nèi)核。⑧遠(yuǎn)程內(nèi)核發(fā)送消息給客戶(hù)機(jī)內(nèi)核。⑨客戶(hù)機(jī)內(nèi)核把消息傳送給客戶(hù)代理。⑩客戶(hù)代理取出結(jié)果，返回給客戶(hù)的調(diào)用程序。并以實(shí)例說(shuō)明。

　　12. 試說(shuō)明遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：格式化好、使用方便、透明性好；缺點(diǎn)：缺乏靈活性。在具體實(shí)現(xiàn)上尚有哪些難點(diǎn)需要解決：①遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的參數(shù)在系統(tǒng)內(nèi)不同機(jī)型之間的通用能力有所不足。②缺乏在一次調(diào)用過(guò)程中多次接收返回結(jié)果的能力。③遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用缺乏傳送大量數(shù)據(jù)的能力。

　　13. 什么叫組通信：在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，一個(gè)相互作用的進(jìn)程集合稱(chēng)為組。一個(gè)發(fā)送者在一次操作中將一個(gè)消息發(fā)送給多個(gè)接收者的通信，稱(chēng)為組通信。它應(yīng)用于何種場(chǎng)合：在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中可以采用組通信方式。組通信的主要特征是：當(dāng)一個(gè)消息發(fā)送給這個(gè)組時(shí)，該組的所有成員都可以接收，組通信具有“一對(duì)多”的形式，即一個(gè)發(fā)送者，多個(gè)接收者。組通信的實(shí)現(xiàn)：組通信的實(shí)現(xiàn)在很大程度上依賴(lài)于硬件。在一些網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，可以為組指定一個(gè)特殊的網(wǎng)絡(luò)地址?？刹捎枚嗖ナ健V播式、單播式。

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