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操作系统习题课,王培崇,一、判断题 1. 操作系统的所有程序都必须常驻内存. 2. 进程获得处理机而运行是通过申请而得到的. 3. 通过任何手段都无法实现计算机系统资源之间的互换. （中断等都可以） 4. 进程控制块中的所有信息必须常驻内存. 5. 一旦出现死锁, 所有进程都不能运行. (运行不能结束) 6. 所有进程都挂起时, 系统陷入死锁. （挂起的意思是什么？） 7. 优先数是进程调度的重要依据, 一旦确定不能改变. 8. 同一文件系统中不允许文件同名, 否则会引起混乱. 9. 用户程序有时也可以在核心态下运行. （只能在用户态下） 10. 虚拟存储系统可以在每一台计算机上实现. 11. 进程在运行中, 可以自行修改自己的进程控制块. 12. 进程申请CPU得不到满足时, 其状态变为等待态. ,13. 在虚存系统中, 只要磁盘空间无限大, 作业就能拥有任意大的编址空间. 17. 大多数虚拟系统采用OPT(优化)淘汰算法是因为它确实可以得到最小的缺页率. 19. 文件的索引表全部存放在文件控制块中. 20. 打印机是一类典型的块设备. 21. 当一个进程从等待态变成就绪态, 则一定有一个进程从就绪态变成运行态. 22. 执行系统调用时可以被中断. 23. 在作业调度时, 采用最高响应比优先的作业调度算法可以得到最短的作业平均周转时间. 24. 在请求页式存储管理中, 页面淘汰所花费的时间不属于系统开销. 25. 进程优先数是进程调度的重要依据, 必须根据进程运行情况动态改变. 26. 流式文件是指无结构的文件. 27. 参与死锁的所有进程都占有资源. (死锁的某个进程可能没有拿到任何资源) 28. 页式存储管理中, 用户应将自己的程序划分成若干相等的页. （页式由系统决定）,29. 引入当前目录是为了减少启动磁盘的次数. （当前目录可以放入内存） 30. 文件目录必须常驻内存. （肯定不一定） 32. 在文件系统中, 打开文件是指创建一个文件控制块. 33. 存储保护的目的是限制内存的分配. （是为了保护数据错误） 34. 原语和系统调用的主要区别在于两者的实现方法不同. （系统调用能够被中断） 37. 在页式虚拟存储系统中, 页面长度是根据程序长度动态地分配的. （固定的） 38. 如果信号量S的当前值为-5, 则表示系统中共有5个等待进程. （信号上的） 39. 磁盘上物理结构为链接结构的文件只能顺序存取. 40. 系统处于不安全状态不一定是死锁状态. （不安全意味着不能再分配资源） 41. 有m个进程的操作系统出现死锁时, 死锁进程的个数为1km. 42. 进程状态的转换是由操作系统完成的, 对用户是透明的. ,43. 优先数是进程调度的重要依据, 优先数大的进程首先被调度运行. （不一定） 44. 文件系统的主要目的是存储系统文档. 45. 对文件进行读写前，要先打开文件. 46. 所谓最近最少使用（LRU）页面调度算法是指将驻留在内存中使用次数最少的页面淘汰掉. 48. 参与死锁的进程至少有两个已经占有资源. （两个占资源形成循环申请） 49. 在页式虚拟存储系统中，页面长度固定并且是硬件的设计特性. 50. 不可抢占式动态优先数法一定会引起进程长时间得不到运行. 52. 选择通道主要用于连接低速设备. 55. 进程间的互斥是一种特殊的同步关系. （互斥就是为了同步） 56. 所有进程都进入等待状态时，系统陷入死锁. （等待是因为资源，不一定是死锁） 57. 引入缓冲的主要目的是提高I/O设备的利用率. 59. 文件目录一般存放在外存. (当前目录一般驻留内存),二、计算题 1. 假设一个活动头磁盘有200道, 编号从0-199. 当前磁头正在143道上服务, 并且刚刚完成了125道的请求. 现有如下访盘请求序列 (磁道号): 86, 147, 91, 177, 94, 150, 102, 175, 130 试给出采用下列算法后磁头移动的顺序和移动总量(总磁道数). (1). 先来先服务(FCFS)磁盘调度算法. (2). 最短寻道时间优先(SSTF)磁盘调度算法. (3). 扫描法(SCAN)磁盘调度算法.(假设沿磁头移动方向不再有访问请求时, 磁头沿相反方向移动.) 答案： （1）86，147，91，177，94，150，102，175，130 （2）当前磁头在143道上： 147，150，130，102，94，91，86，175，177 （3）当前磁头在143道上，并且刚刚完成125道的请求 147，150，175，177，130，102，94，91，86 计算移动总量略,2. 设系统中有三类资源A、B和C，又设系统中有5个进程P1，P2，P3，P4和P5.在T0时刻系统状态如下： 最大需求量 已分配资源量 剩余资源量 A B C A B C A B C P1 8 6 4 1 2 1 2 1 1 P2 4 3 3 3 1 1 P3 10 1 3 4 1 3 P4 3 3 3 3 2 2 P5 5 4 6 1 1 3 (1) 系统是否处于安全状态？如是，则给出进程安全序列. (2) 如果进程P5申请1个资源类A、1个资源类B和1个资源类C，能否实施分配？为什么？,答案：（1） 最大需求量 已分配资源量 剩余资源量 尚需要量 A B C A B C A B C A B C P1 8 6 4 1 2 1 2 1 1 7 4 3 P2 4 3 3 3 1 1 1 2 2 P3 10 1 3 4 1 3 6 0 0 P4 3 3 3 3 2 2 0 1 1 P5 5 4 6 1 1 3 4 3 3 系统是处于安全状态，安全序列为：P4，P2，P1，P3，P5,（2）P5申请（1，1，1） 最大需求量 已分配资源量 剩余资源量 尚需要量 A B C A B C A B C A B C P1 8 6 4 1 2 1 1 0 0 7 4 3 P2 4 3 3 3 1 1 1 2 2 P3 10 1 3 4 1 3 6 0 0 P4 3 3 3 3 2 2 0 1 1 P5 5 4 6 2 2 4 3 2 2 不能实施分配，因为分配后找不到安全序列，系统将处于不安全状态.,3、在一个两道的批处理操作系统中，有6个作业进入系统，它们的进入时刻、估计运行时间和优先级如下表所示. 作业号 进入时刻 估计运行时间 优先级 JOB1 8：00 90分钟 5 JOB2 8：10 30分钟 6 JOB3 8：30 20分钟 3 JOB4 8：50 15分钟 8 JOB5 9：20 10分钟 2 JOB6 9：40 5分钟 4 （1）系统采用短作业优先作业调度算法，作业一旦被调度运行就不再退出.但当有新的作业投入运行时，可以按照优先级进行进程调度. 试给出各个作业的运行时间序列.（例如：JOB1：8：00-8：30，9：10-9：20，） （2）试计算出作业的平均周转时间。,（1）各个作业的运行时间序列为： JOB1 8：00-8：10， 8：40-10：00 JOB2 8：10-8：40 JOB3 10：05-10：25 JOB4 10：25-10：50 JOB5 10：50-11：00 JOB6 10：00-10：05 （2）根据公式计算（略）.,5 有四个进程A、B、C、D 进程A通过一个缓冲区不断地向进程B、C、D发送信息, A 每向缓冲区送入一个信息后, 必须等进程B、C、D都取走后才可以发送下一个信息, B、C、D对A 送入的每一信息各取一次, 试用P、V操作实现它们之间的正确通讯. 答案： 初始值：Sab=Sac=Sad =0 /互斥读写； Sb=Sc=Sd=0;/读取缓冲区 A: Repeat /生产者 生产消息； P(Sab); P(Sac);,P(Sad); /在b,c,d各自的信号上进行锁定，避免b,c,d同时读 向缓冲区送消息； V(Sb); V(Sc); V(Sd) /释放b,c,d的通讯信号，允许他们读取 Until False B: Repeat P(Sb); 从缓冲区取消息； V(Sab) Until False 其它可以参考B类似,6、有n+1个进程p1, p2, .pn 和 Q: (1) p1,.pn通过同一个缓冲区各自不断地向Q发送消息, Q不断地取消息, 它必 须取走发来的每一个消息. 刚开始时缓冲区为空. 试用P、V操作正确实现之. (2) 若缓冲区个数增至k个, 试用P、V操作实现正确的通讯. 答：(1) n+1个进程P1, P2, .,Pn 和 Q ，一个缓冲区。 Pi ( i=1,n): Repeat 生产消息； P(S1); 向缓冲区送消息； V(S2) Until False,Q: Repeat P(S2); 从缓冲区取消息； V(S1)； 处理消息； Until False 初始化： S1=1, S2=0,(2) k个缓冲区； 初始化： S1=k;S2=0;mutex=1; l=0;ll=0 Pi ( i=1,n): Repeat 生产消息； P(S1); P(mutex); 向BUFFERl中送消息； l:=(l+1) mod k; V(mutex); V(S2) Until False,Q: Repeat P(S2); P(mutex); 从BUFFERll取消息； ll:=(ll+1) mod k; V(mutex); V(S1) Until False 7. 为什么说P、V操作必须设计成原语(即同一信号量上的P、V操作必须互斥)? 答：略,8.一个并发系统中存在4个进程，都需要5个资源，该系统不发生死锁的最少资源数是多少个？ 解答： 保证其中1个进程能够顺利执行完，则应该是5个资源； 其它剩余3个进程能够在第1个进程执行完毕，释放资源之后运行完毕，则他们应该各自保持4个资源，即3*4=12个资源。 所以最少资源是5+12=17. 如果是16个，则可能会出现造成4个进程都各自保持4个资源，成为死锁状况。,9.假定有一个分页虚拟存储系统，测得各相关成分的利用率是：cpu为20%，磁盘交换区为99.7%，其它I/O设备是5%,试问，如下那种措施可以改进cpu的利用率，简要说明理由。 （1）增加一个更快的cpu；（2）增加磁盘交换区的容量； （3）增加多道程序的度数；（4）减少多道程序的度数； （5）增加其它更快速度的I/O设备。 解答：在存储分配的过程中，该系统显然在分页方面花费了大量的时间，若减少多道程序的度数，则驻留进程的缺页中断率会降低，且改进了cpu的利用率。改进性能的另外一个方法是获得更多的物理存储器或使用更加快速的磁盘交换区。所以，只有措施（4）可以提高cpu的利用率。,10、假设一个电影院最多可以容纳100人看电影，观众进入和离开电影院时，都必须在影院门口的一个刷卡机上刷卡登记（进入或离开都需要）。假设每次只允许一个人刷卡进行登记，请使用p、v原语写出观众进程的同步算法。 解答： 设读者有任意个，但可以并行看电影的只能是100人，设信号量S可以代表空座位数，其值为100； 另设信号量mutex，代表刷卡登记这一共享临界资源，初始值为1。,.观众进程如下： Process Ri Begin L: P(S); P(mutex); 刷卡登记进入，并置某座位为占用状态； V(mutex); 在座位上坐下看电影； P(mutex); 刷卡登记离开，并置某座位空空闲状态； V(mutex); V(S)； Goto L End.,11、有一个程序要将128*128的数组A置为初值“0”，假定页面大小128个字，数组A中的元素每一行放在一个页中，假定系统分给此进程的物理块只有1块（m=1），开始第一页在内存，若程序如下编制： Var a:array 1128,1128 of integer For j:=1 to 128 do For i:=1 to 128 do Ai,j:=0; 请问，系统会产生多少次缺页中断，请改写次程序，让其缺页中断大大减少。 解： （1） 从程序可以看出，该程序是按照列的顺序来存放数据的。由于只给一个页面，而且每一行要放在一个页面中，所以每次放一个数据，就会导致其页面不在内存，引起缺页中断。 所以会产生128*128-1次缺页中断。,2既然要减少缺页中断次数，考虑到存放数据的特点，一行数据放在一个页面里面，所以应该按照行来存放数据。故程序应该按照如下方式编写： Var a:array 1128,1128 of integer For i:=1 to 128 do For j:=1 to 128 do Ai,j:=0; 总共产生128-1=127次缺页中断。,14、比较内存分配机制和外存分配机制的异同。 答： （1）基本功能方面：内存管理是内存空间的分配、回收、内存保护、对换、内存扩充等功能；外存分配基本功能是对外存空间的分配和回收。 （2）主要任务方面：内存管理主要是为多道程序提供良好的运行环境；外存主要是提供存储空间； （3）分配方式：内存分配主要是连续分配和离散分配；后者主要是离散方式分配； （4）分配算法：内存分配主要是首次适应、循环首次适应等；或者使用段式、页式等处理方法。外存分分配主要是利用文件分配表。 （5）分配单位不同。前者字节；后者是块。,15、假定有如下四道作业，提交时间与运行时间如下所示： 作业号 提交时间 运行时间(小时) 1 8:00 2.0 2 8:50 0.5 3 9:00 0.1 4 9:50 0.2 假定采用单道程序设计技术，请给出系统分别采用FCFS，S