操作系統(tǒng)答案2

1、第四章 線程 4.1 舉兩個(gè)多線程程序設(shè)計(jì)的例子來說明多線程不比單線程方案提高性能 答： 1 ）任何形式的順序程序?qū)€程來說都不是一個(gè)好的形式。例如一個(gè)計(jì)算個(gè)人報(bào)酬 的程序。 2 ）另外一個(gè)例子是一個(gè)“空殼”程序，如C-shell 和 korn shell 。這種程序必須密 切檢測其本身的工作空間。如打開的文件、環(huán)境變量和當(dāng)前工作目錄。 4.2 描述一下線程庫采取行動(dòng)進(jìn)行用戶級線程上下文切換的過程 答：用戶線程之間的上下文切換和內(nèi)核線程之間的相互轉(zhuǎn)換是非常相似的。 但它依賴于 線程庫和怎樣把用戶線程指給內(nèi)核程序。一般來說，用戶線程之間的上下文切換涉 及到用一個(gè)用戶程序的輕量級進(jìn)程（ LWP ）

2、和用另外一個(gè)線程來代替。這種行為通 常涉及到寄存器的節(jié)約和釋放。 4.3 在哪些情況下使用多內(nèi)核線程的多線程方案比單處理器系統(tǒng)的單個(gè)線程方案提供更好的 性能。 答：當(dāng)一個(gè)內(nèi)核線程的頁面發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)， 另外的內(nèi)核線程會(huì)用一種有效的方法被轉(zhuǎn)換成 使用交錯(cuò)時(shí)間。另一方面，當(dāng)頁面發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，一個(gè)單一線程進(jìn)程將不能夠發(fā)揮有 效性能。因此，在一個(gè)程序可能有頻繁的頁面錯(cuò)誤或不得不等待其他系統(tǒng)的事件的 情況下，多線程方案會(huì)有比單處理器系統(tǒng)更好的性能。 4.4 以下程序中的哪些組成部分在多線程程序中是被線程共享的？ a. 寄存值 b. 堆內(nèi)存 c. 全局變量 d. 棧內(nèi)存 答：一個(gè)線程程序的線程共享堆內(nèi)存和全局變

3、量， 但每個(gè)線程都有屬于自己的一組寄存 值和棧內(nèi)存。 4 5 一個(gè)采用多用戶線程的多線程方案在多進(jìn)程系統(tǒng)中能夠取得比在單處理器系統(tǒng)中更好 的性能嗎？ 答：一個(gè)包括多用戶線程的多線程系統(tǒng)無法在多處理系統(tǒng)上同時(shí)使用不同的處理器。 操作系統(tǒng)只能看到一個(gè)單一的進(jìn)程且不會(huì)調(diào)度在不同處理器上的不同進(jìn)程的線程。 因此，多處理器系統(tǒng)執(zhí)行多個(gè)用戶線程是沒有性能優(yōu)勢的。 4.6 就如 4.5.2 章節(jié)描述的那樣， Linux 沒有區(qū)分進(jìn)程和線程的能力。且 Linux 線程都是用 相同的方法： 允許一個(gè)任務(wù)與一組傳遞給 clone() 系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)志的進(jìn)程或線程。 但 許多操作系統(tǒng)，例如 windows XP 和

4、Solaris ，對進(jìn)程和線程都是一視同仁?；?上，這種使用 notation 的系統(tǒng)，一個(gè)進(jìn)程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)指向?qū)儆谶M(jìn)程的不 同線程的指針。區(qū)別建模過程和在內(nèi)核中線程的兩種方法。 答：一方面，進(jìn)程和線程被視為相似實(shí)體的系統(tǒng)中，有些系統(tǒng)代碼可以簡化。例如， 一個(gè)調(diào)度器可以在平等的基礎(chǔ)上考慮不同的進(jìn)程和線程，且不需要特殊的代碼，在 調(diào)度中審查有關(guān)線程的進(jìn)程。另一方面，這種統(tǒng)一會(huì)使進(jìn)程資源限制更加困難。相 反，一些額外的復(fù)雜性被需要，用來確定哪個(gè)線程與哪個(gè)進(jìn)程一致和執(zhí)行重復(fù)的計(jì) 數(shù)任務(wù)。 4.7 由 4.11 給出的程序使用了 Pthread 的應(yīng)用程序編程接口 ( API )，在程序的第

5、c 行和第 p 行分別會(huì)輸出什么？ 答： c 行會(huì)輸出 5 ，p 行會(huì)輸出 0. 4.8 考慮一個(gè)多處理器系統(tǒng)和用多線程對多線程模式編寫的多線程程序。 讓程序中的用戶線 程數(shù)量多于系統(tǒng)中的處理器的數(shù)量，討論下列情況下的性能意義： a. 由程序分配的內(nèi)核線程的數(shù)量比處理器少 b. 由程序分配的內(nèi)核線程的數(shù)量與處理器相同 c. 由程序分配的內(nèi)核線程的數(shù)量大于處理器數(shù)量但少于用戶線程的數(shù)量 答：當(dāng)內(nèi)核線程的數(shù)量少于處理器時(shí)， 一些處理器將仍然處于空閑狀態(tài)。 因?yàn)椋?調(diào)度圖中 只有內(nèi)核線程的處理器，而不是用戶線程的處理器。當(dāng)程序分配的內(nèi)核線程的數(shù)量 與處理器相同時(shí)，那么有可能所有處理器將同時(shí)使用。然而

6、，當(dāng)一個(gè)內(nèi)核塊內(nèi)的內(nèi) 核（因頁面錯(cuò)誤或同時(shí)援引系統(tǒng)調(diào)用）相應(yīng)的處理器將閑置。當(dāng)由程序分配的內(nèi)核 線程的數(shù)量大于處理器數(shù)量時(shí)，封鎖一個(gè)內(nèi)核線程并調(diào)出，換入另一個(gè)準(zhǔn)備執(zhí)行的 內(nèi)核線程。因此，增加多處理器系統(tǒng)的利用率。 第五章 CPU 調(diào)度 5.1 為什么對調(diào)度來說，區(qū)分 I/0 限制的程序和 CPU 限制的程序是重要的？ 答： I/0 限制的程序有在運(yùn)行 I/O 操作前只運(yùn)行很少數(shù)量的計(jì)算機(jī)操作的性質(zhì)。這種程 序一般來說不會(huì)使用很多的 CPU 。另一方面， CPU 限制的程序利用整個(gè)的時(shí)間片， 且不做任何阻礙 I/O 操作的工作。 因此，通過給 I/O 限制的程序優(yōu)先權(quán)和允許在 CPU 限制的程序

7、之前運(yùn)行，可以很好的利用計(jì)算機(jī)資源。 5.2 討論以下各對調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)在某種背景下會(huì)有的沖突 a. CPU 利用率和響應(yīng)時(shí)間 b. 平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和最大等待時(shí)間 c. I/O 設(shè)備利用率和 CPU 利用率 答：a.CPU利用率和響應(yīng)時(shí)間：當(dāng)經(jīng)常性的上下文切換減少到最低時(shí)，CPU利用率增加。 通過減少使用上下文切換程序來降低經(jīng)常性的上下文切換。但這樣可能會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程 響應(yīng)時(shí)間的增加。 b. 平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和最大等待時(shí)間：通過最先執(zhí)行最短任務(wù)可以使平均周轉(zhuǎn)時(shí)間最短。 然而，這種調(diào)度策略可能會(huì)使長時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)永遠(yuǎn)得不到調(diào)度且會(huì)增加他們的等 待時(shí)間。 c. l/O設(shè)備利用率和 CPU利用率：CPU利用率的最大

8、化可以通過長時(shí)間運(yùn)行CPU 限制的任務(wù)和同時(shí)不實(shí)行上下文切換。I/O設(shè)備利用率的最大化可以通過盡可能調(diào) 度已經(jīng)準(zhǔn)備好的I/O限制的任務(wù)。因此，導(dǎo)致上下文切換。 5.3考慮指數(shù)平均公式來預(yù)測下一次CPU區(qū)間的長度，使用以下參數(shù)值會(huì)有什么影響？ a. a=O 和 t=100 毫秒 b. a=0.99 和 t=10 毫秒 答：當(dāng)a=0和t=100毫秒時(shí)，公式總是會(huì)預(yù)測下一次的 CPU區(qū)間為100毫秒。當(dāng)a=0.99 和t=10毫秒時(shí)，進(jìn)程最近的行為是給予更高的重量和過去的就能成相比。因此， 調(diào)度算法幾乎是無記憶的， 且簡單預(yù)測未來區(qū)間的長度為下一次的CPU執(zhí)行的時(shí)間 片。 5.4考慮下列進(jìn)程集，進(jìn)程

9、占用的CPU區(qū)間長度以毫秒來計(jì)算： 進(jìn)程 區(qū)間時(shí)間 優(yōu)先級 P1 10 3 P2 1 1 P3 2 3 P4 1 4 P5 5 2 假設(shè)在時(shí)刻0以進(jìn)程P1，P2，P3， P4, P5的順序到達(dá)。 a. 畫出4個(gè)Gantt圖分別演示用FCFS、SJF、非搶占優(yōu)先級（數(shù)字小代表優(yōu)先級高）和RR （時(shí)間片=1 ）算法調(diào)度時(shí)進(jìn)程的執(zhí)行過程。 b. 在a里每個(gè)進(jìn)程在每種調(diào)度算法下的周轉(zhuǎn)時(shí)間是多少？ c. 在a里每個(gè)進(jìn)程在每種調(diào)度算法下的等待時(shí)間是多少？ d. 在a里哪一種調(diào)度算法的平均等待時(shí)間對所有進(jìn)程而言最小? 答：a.甘特圖略 b.周轉(zhuǎn)時(shí)間 FCFS RR SJF 非搶占優(yōu)先級 P1 10 19 1

10、9 16 P2 11 2 1 1 P3 13 7 4 18 P4 14 4 2 19 P5 19 14 9 6 c.等待時(shí)間 FCFS RR SJF 非搶占優(yōu)先級 P1 0 9 9 6 P2 10 1 0 0 P3 11 5 2 16 P4 13 3 1 18 P5 14 9 4 2 d.SJF 5.5下面哪些算法會(huì)引起饑餓 a. 先來先服務(wù) b. 最短工作優(yōu)先調(diào)度 c. 輪換法調(diào)度 d. 優(yōu)先級調(diào)度 答：最短工作優(yōu)先調(diào)度和優(yōu)先級調(diào)度算法會(huì)引起饑餓 5.6 考慮 RR 調(diào)度算法的一個(gè)變種，在這個(gè)算法里，就緒隊(duì)列里的項(xiàng)是指向PCB 的指針。 a. 如果把兩個(gè)指針指向就緒隊(duì)列中的同一個(gè)進(jìn)程，會(huì)有什

11、么效果？ b. 這個(gè)方案的主要優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是什么？ c. 如何修改基本的 RR調(diào)度算法，從而不用兩個(gè)指針達(dá)到同樣的效果？ 答a實(shí)際上，這個(gè)過程將會(huì)增加它的優(yōu)先權(quán)，因?yàn)橥ㄟ^經(jīng)常得到時(shí)間它能夠優(yōu)先得以運(yùn) 行。 b. 優(yōu)點(diǎn)是越重要的工作可以得到更多的時(shí)間。也就是說，優(yōu)先級越高越先運(yùn)行。然 而，結(jié)果將由短任務(wù)來承擔(dān)。 c. 分配一個(gè)更長的時(shí)間給優(yōu)先級越高的程序。換句話說，可能有兩個(gè)或多個(gè)時(shí)間片在 RR 調(diào)度中。 5.7 考慮一個(gè)運(yùn)行十個(gè) I/O 限制任務(wù)和一個(gè) CPU 限制任務(wù)的系統(tǒng)。 假設(shè)， I/O 限制任務(wù)一次 分配給一個(gè) I/O 操作 1 毫秒的 CPU 計(jì)算，但每個(gè) I/O 操作的完成需要 10

12、 毫秒。同時(shí)，假 設(shè)間接的上下文切換要 0.1毫秒，所有的進(jìn)程都是長進(jìn)程。對一個(gè) RR調(diào)度來說，以下情況 時(shí) CPU 的利用率是多少： a. 時(shí)間片是1毫秒 b. 時(shí)間片是10毫秒 答：a.時(shí)間片是1毫秒：不論是哪個(gè)進(jìn)程被調(diào)度，這個(gè)調(diào)度都會(huì)為每一次的上下文切換花費(fèi) 一個(gè) 0.1 毫秒的上下文切換。 CPU 的利用率是 1/1.1*100=92% b. 時(shí)間片是 10 毫秒：這 I/O 限制任務(wù)會(huì)在使用完 1 毫秒時(shí)間片后進(jìn)行一次上下文切換。這 個(gè)時(shí)間片要求在所有的進(jìn)程間都走一遍，因此， 10*1.1+10.1（ 因?yàn)槊總€(gè) I / O 限定任務(wù)執(zhí)行 為 1 毫秒，然后承擔(dān)上下文切換的任務(wù)，而 C

13、PU 限制任務(wù)的執(zhí)行 10 毫秒在承擔(dān)一個(gè)上下 文切換之前 ） 。因此， CPU 的利用率是 20 、21.1*100=94% 。 5.8 考慮一個(gè)實(shí)施多層次的隊(duì)列調(diào)度系統(tǒng)。 什么策略能夠使一個(gè)計(jì)算機(jī)用戶使用由用戶進(jìn)程 分配的最大的 CPU 時(shí)間片。 答：這個(gè)程序可以使分配給它的沒有被完全利用的 CPU 時(shí)間最大化。它可以使用分配給 它的時(shí)間片中的絕大部分，但在時(shí)間片結(jié)束前放棄CPU ，因此提高了與進(jìn)程有關(guān)的優(yōu)先級。 1. 5.9 考慮下面的基于動(dòng)態(tài)改變優(yōu)先級的可搶占式優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法。大的優(yōu)先權(quán)數(shù)代表高 優(yōu)先權(quán)。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程在等待CPU時(shí)（在就緒隊(duì)列中，但未執(zhí)行），優(yōu)先權(quán)以a速率改變； 當(dāng)它運(yùn)行

14、時(shí)，優(yōu)先權(quán)以速率 B改變。所有的進(jìn)程在進(jìn)入就緒隊(duì)列時(shí)被給定優(yōu)先權(quán)為0。參數(shù) a和B可以設(shè)定給許多不同的調(diào)度算法。 a. 3 a0時(shí)所得的是什么算法？ b. a 30時(shí)所得的是什么算法？ 答： a.FCFS b.LIFO 5.10 解釋下面調(diào)度算法對短進(jìn)程編程度上的區(qū)別： a.FCFS b.RR c .多級反饋隊(duì)列 答 :a.FCFS 區(qū)別短任務(wù)是因?yàn)槿魏卧陂L任務(wù)后到達(dá)的短任務(wù)都將會(huì)有很長的等待時(shí)間。 b.RR 對所有的任務(wù)都是能夠相同的（給它們相同的 CPU 時(shí)間區(qū)間），所以，短任 務(wù)可以很快的離開系統(tǒng)，只要它們可以先完成。 c. 多級反饋隊(duì)列和 RR 調(diào)度算法相似它們不會(huì)先選擇短任務(wù)。 5.

15、11 用 Window XP 的調(diào)度算法，下列什么是數(shù)字優(yōu)先的線程。 a.相對優(yōu)先級的值為 REALTIME_PRIORITY_CLASS 的屬于實(shí)體優(yōu)先類型的線程 b. 相對優(yōu)先級的值為 NORMAL_PRIORITY_CLASS 的屬于 NORMAL 類型的線程 c.相對優(yōu)先級的值為 HIGH_PRIORITY_CLASS 的屬于 ABOVE_NORMAL 類型的線程 答： a.26 b.8 c.14 5. 12 考慮在 Solaris 操作系統(tǒng)中的為分時(shí)線程的調(diào)度算法： a:一個(gè)優(yōu)先權(quán)是10的線程的時(shí)間片是多少？優(yōu)先權(quán)是 55的呢? b: 假設(shè)優(yōu)先權(quán)是 35 的一個(gè)線程用它所有的時(shí)間片在

16、沒有任何阻止的情況下，這調(diào)度算 法將會(huì)分配給這個(gè)線程什么樣新的優(yōu)先權(quán)？ c:假設(shè)一個(gè)優(yōu)先權(quán)是 35的線程在時(shí)間片結(jié)束前阻止 I/O操作。這調(diào)度算法將會(huì)分配給 這個(gè)線程什么樣新的優(yōu)先權(quán)？ 答： a:160 和 40 b:35 C：54 5.13 傳統(tǒng) UNIX 調(diào)度在優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先級間成反比關(guān)系：數(shù)字越高，優(yōu)先權(quán)越低。該調(diào)度進(jìn) 程利用下面的方程重新計(jì)算進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)一次一秒 : 優(yōu)先權(quán) = （最近 CPU 使用率 / 2 ） +基本數(shù) 這里的基本數(shù) = 60, 最近的 CPU 使用率是指一個(gè)表明優(yōu)先權(quán)從上一次重新計(jì)算后開始進(jìn)程 被 CPU 使用的情況。 假設(shè)最近進(jìn)程 p1 的 CPU 使用率是 40

17、 個(gè)， p2 是 18 ，p3 是 10。當(dāng)優(yōu)先權(quán)重新計(jì)算后這 三個(gè)進(jìn)程的新的優(yōu)先權(quán)是什么？在此信息的基礎(chǔ)上，傳統(tǒng) UNIX 的調(diào)度會(huì)不會(huì)提高或降低 CPU 限制的進(jìn)程的相對優(yōu)先權(quán)？ 答 ： 分配給這些進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)分別是 80，69 和65.這調(diào)度降低了 CPU 限制的進(jìn)程的相 對優(yōu)先權(quán)。 第六章 管程 6.1第一個(gè)著名的正確解決了兩個(gè)進(jìn)程的臨界區(qū)問題的軟件方法是Dekker設(shè)計(jì)的。兩個(gè)進(jìn) 程P0和P1共享以下變量： boolean flag2; /*i ni tially false*/ int turn; 進(jìn)程Pi(i=0 或1)和另一個(gè)進(jìn)程 Pj(j=0或1)的結(jié)構(gòu)見圖7.27。 證明這個(gè)算法滿足臨界