练习题答案

练习题答案

练习题 12.1

当父进程派生子进程时，它得到一个已连接描述符的副本，并将相关文件表中的引用计数从 1 增加到 2。当父进程关闭它的描述符副本时，引用计数就从 2 减少到 1。因为内核不会关闭一个文件，直到文件表中它的引用计数值变为零，所以子进程这边的连接端将保持打开。

练习题 12.2

当一个进程因为某种原因终止时，内核将关闭所有打开的描述符。因此，当子进程退出时，它的已连接文件描述符的副本也将被自动关闭。

练习题 12.3

回想一下，如果一个从描述符中读一个字节的请求不会阻塞，那么这个描述符就准备好可以读了。假如 EOF 在一个描述符上为真，那么描述符也准备好可读了，因为读操作将立即返回一个零返回码，表示 EOF。因此，键入 Ctrl+D 会导致 select 函数返回，准备好的集合中有描述符 0。

练习题 12.4

因为变量 pool.read_set 既作为输入参数也作为输出参数，所以我们在每一次调用 select 之前都重新初始化它。在输入时，它包含读集合。在输出，它包含准备好的集合。

练习题 12.5

因为线程运行在同一个进程中，它们都共享相同的描述符表。无论有多少线程使用这个已连接描述符，这个已连接描述符的文件表的引用计数都等于 1。因此，当我们用完它时，一个 close 操作就足以释放与这个已连接描述符相关的内存资源了。

练习题 12.6

这里的主要的思想是，栈变量是私有的，而全局和静态变量是共享的。诸如 cnt 这样的静态变量有点小麻烦，因为共享是限制在它们的函数范围内的——在这个例子中，就是线程例程。

A. 下面就是这张表：

变量实例 被主线程引用？ 被对等线程 0 引用？ 被对等线程 1 引用？
ptr 是 是 是
cnt 否 是 是
i.m 是 否 否
msgs.m 是 是 是
myid.p0 否 是 否
myid.p1 否 否 是

说明：

  • ptr：一个被主线程写和被对等线程读的全局变量。
  • cnt：一个静态变量，在内存中只有一个实例，被两个对等线程读和写。
  • i.m：一个存储在主线程栈中的本地自动变量。虽然它的值被传递给对等线程，但是对等线程也绝不会在栈中引用它，因此它不是共享的。
  • msgs.m：一个存储在主线程栈中的本地自动变量，被两个对等线程通过 ptr 间接地引用。
  • myid.0 和 myid.1：一个本地自动变量的实例，分别驻留在对等线程 0 和线程 1 的栈中。

B. 变量 ptr、cnt 和 msgs 被多于一个线程引用，因此它们是共享的。

练习题 12.7

这里的重要思想是，你不能假设当内核调度你的线程时会如何选择顺序。

步骤 线程 指令 %rdx1 %rdx2 cnt
1 1 H1 — — 0
2 1 L1 0 — 0
3 2 H2 — — 0
4 2 L2 — 0 0
5 2 U2 — 1 0
6 2 S2 — 1 1
7 1 U1 1 — 1
8 1 S1 1 — 1
9 1 T1 1 — 1
10 2 T2 — 1 1

变量 cnt 最终有一个不正确的值 1。

练习题 12.8

这道题简单地测试你对进度图中安全和不安全轨迹线的理解。像 A 和 C 这样的轨迹线绕开了临界区，是安全的，会产生正确的结果。

A. H1，L1，U1，S1，H2，L2，U2，S2，T2，T1：安全的

B. H2，L2，H1，L1，U1，S1，T1，U2，S2，T2：不安全的

C. H1，H2，L2，U2，S2，L1，U1，S1，T1，T2：安全的

练习题 12.9

A. p = 1，c = 1，n > 1：是，互斥锁是需要的，因为生产者和消费者会并发地访问缓冲区。

B. p = 1，c = 1，n = 1：不是，在这种情况中不需要互斥锁信号量，因为一个非空的缓冲区就等于满的缓冲区。当缓冲区包含一个项目时，生产者就被阻塞了。当缓冲区为空时，消费者就被阻塞了。所以在任意时刻，只有一个线程可以访问缓冲区，因此不用互斥锁也能保证互斥。

C. p > 1，c > 1，n = 1：不是，在这种情况中，也不需要互斥锁，原因与前面一种情况相同。

练习题 12.10

假设一个特殊的信号量实现为每一个信号量使用了一个 LIFO 的线程栈。当一个线程在 P 操作中阻塞在一个信号量上，它的 ID 就被压入栈中。类似地，V 操作从栈中弹出栈顶的线程 ID，并重启这个线程。根据这个栈的实现，一个在它的临界区中的竞争的写者会简单地等待，直到在它释放这个信号量之前另一个写者阻塞在这个信号量上。在这种场景中，当两个写者来回地传递控制权时，正在等待的读者可能会永远地等待下去。

注意，虽然用 FIFO 队列而不是用 LIFO 更符合直觉，但是使用 LIFO 的栈也是对的，而且也没有违反 P 和 V 操作的语义。

练习题 12.11

这道题简单地检查你对加速比和并行效率的理解：

线程（t） 1 2 4
核（p） 1 2 4
运行时间（Tp） 12 8 6
加速比（Sp） 1 1.5 2
效率（Ep） 100% 75% 50%

练习题 12.12

ctime_ts 函数不是可重入函数，因为每次调用都共享相同的由 ctime 函数返回的 static 变量。然而，它是线程安全的，因为对共享变量的访问是被 P 和 V 操作保护的，因此是互斥的。

编校注（非原文）：原书此处写作 gethostbyname；本版根据图 12-38 中 ctime_ts 调用 ctime 的代码更正为 ctime。

练习题 12.13

如果在第 14 行调用了 pthread_create 之后，我们立即释放块，那么将引入一个新的竞争，这次竞争发生在主线程对 free 的调用和线程例程中第 24 行的赋值语句之间。

练习题 12.14

A. 另一种方法是直接传递整数 i，而不是传递一个指向 i 的指针：

for (i = 0; i < N; i++)
    Pthread_create(&tid[i], NULL, thread, (void *)i);

在线程例程中，我们将参数强制转换成一个 int 类型，并将它赋值给 myid：

int myid = (int) vargp;

B. 优点是它通过消除对 malloc 和 free 的调用降低了开销。一个明显的缺点是，它假设指针至少和 int 一样大。即便这种假设对于所有的现代系统来说都为真，但是它对于那些过去遗留下来的或今后的系统来说可能就不为真了。

练习题 12.15

A. 原始的程序的进度图如图 12-48 所示。

图 12-48 一个有死锁的程序的进度图

图 12-48 一个有死锁的程序的进度图

B. 因为任何可行的轨迹最终都陷入死锁状态中，所以这个程序总是会死锁。

C. 为了消除潜在的死锁，将二元信号量 t 初始化为 1 而不是 0。

D. 改成后的程序的进度图如图 12-49 所示。

图 12-49 改正后的无死锁的程序的进度图

图 12-49 改正后的无死锁的程序的进度图