操作系統(tǒng)教材答案陳向群楊芙清[教育試題]

1、操作系統(tǒng)教程課后習(xí)題答案 第一章 操作系統(tǒng)概論 1.什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)？計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是怎么構(gòu)成的？了解 PC 的組成情況，說明：1）硬件 組織的基本結(jié)構(gòu)，畫出硬件配置圖；2）主要系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件（若有的話）他們的作 用。 答：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就是按照人的要求接收和存儲(chǔ)信息，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，并輸出 結(jié)果信息的系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件子系統(tǒng)和軟件子系統(tǒng)組成。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成包括：如圖 1.2 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的構(gòu)成：如圖 1.4 2.從功能以及程序涉設(shè)計(jì)的角度說明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)是如何構(gòu)成的？ 答：分為系統(tǒng)軟件，支撐軟件和應(yīng)用軟件三層。 3.什么是操作系統(tǒng)？請(qǐng)舉例說明操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的重

2、要地位。 答：操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件，是一些程序模塊的集合。 它們能以盡量有效、合理的方式組織和管理計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，合理的組織計(jì)算機(jī)的工 作流程，控制程序的執(zhí)行并向用戶提供各種服務(wù)功能，使得用戶能夠靈活、方便、有效的 使用計(jì)算機(jī)，使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能安全高效地運(yùn)行 4.請(qǐng)舉一個(gè)實(shí)際的例子來說明操作系統(tǒng)的功能。 答：你能用用操作系統(tǒng)管理很多資源 5.為什么說“操作系統(tǒng)是控制硬件的軟件”的說法不確切？ 答：操作系統(tǒng)不僅能夠控制硬件，也可以控制各種軟件資源。 6.操作系統(tǒng)的基本特征是什么？說明他們之間的關(guān)系。 答：1.并發(fā)性 2.共享性 3.隨機(jī)性 7.試從獨(dú)立性，并發(fā)性和交互性和實(shí)

3、時(shí)性四個(gè)方面來比較批處理系統(tǒng)，分時(shí)系統(tǒng)以及實(shí) 時(shí)系統(tǒng)。 答： 分時(shí)系統(tǒng)：并發(fā)性是指同時(shí)有多個(gè)用戶共同使用一個(gè)計(jì)算機(jī)，宏觀上看是多個(gè)人同時(shí) 使用一個(gè) CPU，微觀上是多個(gè)人在不同時(shí)刻輪流使用 CPU. 獨(dú)占性，是指用戶感覺不到計(jì)算機(jī)為他們服務(wù)，就好像整個(gè)系統(tǒng)為他所獨(dú)占。 交互性：是指用戶根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)結(jié)果進(jìn)一步提出新要求，用戶直接干預(yù)每一步。 實(shí)時(shí)性：是指系統(tǒng)對(duì)用戶提出的請(qǐng)求及時(shí)響應(yīng)。 8.引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的起因和目的是什么？多道程序系統(tǒng)的特征是什么？ 答：多道程序設(shè)計(jì)的基本思想在內(nèi)存中保持多個(gè)作業(yè)，主機(jī)可以交替的方式同時(shí)處理 多個(gè)作業(yè)，一般來說任何一道作業(yè)的運(yùn)行總是要交替的使用處理器和外設(shè)子

4、案 9.多道程序設(shè)計(jì)的度是指在任一給定時(shí)刻，單個(gè) CPU 所能支持的進(jìn)程數(shù)目最大值。討論要 確定一個(gè)特定系統(tǒng)的多道程序設(shè)計(jì)的度必須考慮的因素?？梢约俣ㄅ幚硐到y(tǒng)中進(jìn)程數(shù)量 與作業(yè)數(shù)量相同。 答： 10.描述批處理系統(tǒng)響應(yīng)一個(gè)執(zhí)行請(qǐng)求需要的時(shí)間（稱為響應(yīng)時(shí)間），描述分時(shí)系統(tǒng)下的 響應(yīng)時(shí)間，什么樣的系統(tǒng)可能有較短的響應(yīng)時(shí)間？為什么？ 答： 1)就是將用戶的作業(yè)組成一批作業(yè)，之后輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)依次執(zhí)行每個(gè)作 業(yè)，然后輸出，即為響應(yīng)時(shí)間。 2）定義這個(gè)響應(yīng)時(shí)間就是：系統(tǒng)對(duì)一個(gè)輸入的反應(yīng)時(shí)間 實(shí)時(shí)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間 11.什么情況下批處理是比較好的策略？什么情況下分時(shí)是比較好的策略？現(xiàn)代的操作系 統(tǒng)

5、往往要把兩者結(jié)合，請(qǐng)舉出這樣的例子，并說明它們是怎樣被結(jié)合起來的，并通過這樣 的結(jié)合獲得了什么好處。 答：常見的通用操作系統(tǒng)是分時(shí)系統(tǒng)與批處理系統(tǒng)結(jié)合，其原則是：分時(shí)優(yōu)先，批處理再 后，前臺(tái)響應(yīng)需要頻繁交互的作業(yè)，如終端的要求?！昂笈_(tái)”處理時(shí)間性要求不強(qiáng)的作 業(yè)。12.操作系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展是怎樣的？從這一技術(shù)演化過程可以得到什么啟發(fā)？ 答：操作系統(tǒng)的發(fā)展是根據(jù)計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的發(fā)展而發(fā)展的， 我們發(fā)展操作系統(tǒng)的目標(biāo)就是：充分利用硬件，提供更好的服務(wù)。 13.請(qǐng)作一個(gè)調(diào)查，看看各種計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域都在使用什么樣的操作系統(tǒng)，他們分別是 什么類型的操作系統(tǒng)，調(diào)查的內(nèi)容應(yīng)該涵概現(xiàn)代操作系統(tǒng)

6、的主要類別. 14.現(xiàn)有一下應(yīng)用計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合，請(qǐng)為其選擇適當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng)。1）航天航空，核變研究； 2）國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)處理中心；3）學(xué)校學(xué)生上機(jī)學(xué)習(xí)編程 4）高爐爐溫控制；5）民航定 票系統(tǒng)，6）發(fā)送電子郵件（在兩個(gè)地區(qū)之間） 答：1)航天航空，核變研究：嵌入式操作系統(tǒng) 2）分布式操作系統(tǒng) 3）個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 4）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 5）批處理操作系統(tǒng) 6）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。 15.什么是 Spooling 技術(shù)？他有什么用？你認(rèn)為未來先進(jìn)的個(gè)人計(jì)算機(jī)會(huì)把假脫機(jī)作為一 個(gè)關(guān)鍵特性嗎？ 答：假脫機(jī)（SPOOLing.）技術(shù)的全稱是同時(shí)得外部設(shè)備聯(lián)機(jī)操作，這種技術(shù)的基本思想 是用磁盤設(shè)備作為主機(jī)的直接輸入

7、輸出設(shè)備，主機(jī)直接從磁盤上選取作業(yè)運(yùn)行，作業(yè) 的執(zhí)行結(jié)果 16.外殼程序(shell)是不是操作系統(tǒng)的一部分，為什么？ 答：不是，它不屬于操作系統(tǒng)內(nèi)核的一部分，它是一個(gè)應(yīng)用程序。 17.如果你有一個(gè)可用得類 UNIX 系統(tǒng)，例如 Linux,Minix 或者 BSD 等，而且你有足夠的權(quán)限 重起或者使得系統(tǒng)崩潰，請(qǐng)編寫一個(gè) shell 程序作下面的實(shí)驗(yàn)，用該 shell 程序不停的產(chǎn)生 新進(jìn)程，觀察發(fā)生的事情，在運(yùn)行你的 shell 之前，請(qǐng)用 sync 命令同步硬盤和內(nèi)存中的磁 盤緩存，以免在程序運(yùn)行過程中訪問文件系統(tǒng)，注意，請(qǐng)不要在任何共享的系統(tǒng)中做這件 事情？ 答：進(jìn)程數(shù)不斷增多，最后導(dǎo)

8、致系統(tǒng)崩潰了！ 重要： 18.現(xiàn)代操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很講求機(jī)制與策略的分離，已經(jīng)使操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)能夠在 一定范圍內(nèi)適應(yīng)不同的需要。例如 Solaris 的調(diào)度器實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程調(diào)度的基本機(jī)制，同時(shí)它 允許通過動(dòng)態(tài)調(diào)整核心參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同負(fù)載下的系統(tǒng)性能平衡,這就是一種機(jī)制和策略的分 離，請(qǐng)給出一個(gè)例子，說明怎樣根據(jù)調(diào)度將機(jī)制和策略分開。請(qǐng)構(gòu)造一種機(jī)制，允許父 進(jìn)程控制子進(jìn)程的調(diào)度策略。 19.有興趣，可以去寫一篇，記得寫完了，發(fā)給我，我把你的文章貼上來！ 硬件環(huán)境第二章 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 1. 請(qǐng)簡(jiǎn)述處理器的組成和工作原理。你認(rèn)為那些部分和操作系統(tǒng)的密切關(guān)系，為什么？ 答： 一般的處理器由運(yùn)算器，控

9、制器，一系列的寄存器以及高速緩存構(gòu)成。運(yùn)算器實(shí)現(xiàn) 任何指令中的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，是計(jì)算機(jī)計(jì)算的核心；控制器負(fù)責(zé)控制程序運(yùn)行的流程， 包括取指令，維護(hù) CPU 狀態(tài)，CPU 與內(nèi)存之間的交互等等。寄存器是指令在 CPU 內(nèi)部做處理 的過程中占存數(shù)據(jù)，地址一級(jí)指令信息的存儲(chǔ)設(shè)備，在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)中它具有最快的 訪問速度。加上高速緩存以及內(nèi)存管理單元(MMU) 2. 為了支持操作系統(tǒng)，現(xiàn)代處理器一般都提供哪兩種工作狀態(tài)，用來隔離操作系統(tǒng)和 普通程序？?jī)煞N狀態(tài)各有什么特點(diǎn)？ 答； 多數(shù)系統(tǒng)將處理器工作狀態(tài)劃分為管態(tài)和目態(tài) 管態(tài)：操作系統(tǒng)管理程序運(yùn)行的狀態(tài)，較高的特權(quán)級(jí)別，又稱為特權(quán)態(tài)（特態(tài)）、系統(tǒng)態(tài)

10、目態(tài)：用戶程序運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，較低的特權(quán)級(jí)別，又稱為普通態(tài)（普態(tài)）、用戶態(tài) 3.什么是分級(jí)的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)？它主要解決什么問題？ 答： 容量、速度和成本 三個(gè)目標(biāo)不可能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)，要作權(quán)衡 存取速度快，每比特價(jià)格高 容量大，每比特價(jià)格越低，同時(shí)存取速度也越慢 解決方案：采用層次化的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu) 當(dāng)沿著層次下降時(shí) 每比特的價(jià)格將下降，容量將增大 速度將變慢，處理器的訪問頻率也將下降 4.主存儲(chǔ)器通常有哪兩種類型？它們各自的特點(diǎn)是什么？用在哪里？ 答：硬盤存儲(chǔ)器，和內(nèi)存存儲(chǔ)器. 硬盤存儲(chǔ)器：容量大，存儲(chǔ)速率慢，斷電后，數(shù)據(jù)信息不丟失 內(nèi)存存儲(chǔ)器：容量小，存儲(chǔ)速率快，斷電后，數(shù)據(jù)信息丟失。 5.請(qǐng)簡(jiǎn)述

11、程序局部性原理。這個(gè)原理在分級(jí)的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)中是怎么樣起作用的？ 答：時(shí)間局部性，空間局部性。起的作用是：提高存儲(chǔ)系統(tǒng)效能這個(gè)目的。 6.什么是存儲(chǔ)保護(hù)？有哪些方法實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)？ 答：對(duì)主存中的信息加以嚴(yán)格的保護(hù)，使操作系統(tǒng)及其它程序不被破壞，是其正確運(yùn)行的 基 本條件之一 多用戶,多任務(wù)操作系統(tǒng)：OS 給每個(gè)運(yùn)行進(jìn)程分配一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域 操作系統(tǒng)提供了：1.界限地址寄存器，存儲(chǔ)健兩個(gè)存儲(chǔ)保護(hù)機(jī)構(gòu)！ 7。 呵呵，大家去翻資料把！ 8.緩沖技術(shù)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起著什么樣的作用？它是如何工作的？ 答：緩沖技術(shù)一般有三個(gè)用途，一種是用在處理器和主存儲(chǔ)器之間的；另一種是用在處理 器和其他外部設(shè)備之間的；還有

12、一種是用在設(shè)備與設(shè)備之間的通信上。 9.什么是中斷？為什么說中斷對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)很重要？ 答： 中斷概念：指 CPU 對(duì)系統(tǒng)中或系統(tǒng)外發(fā)生異步事件的響應(yīng) 異步事件是指無一定時(shí)序關(guān)系的隨機(jī)發(fā)生事件 如外部設(shè)備完成數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)時(shí)設(shè)備出現(xiàn)異常等 中斷機(jī)制是操作系統(tǒng)得以正常工作的最重要的手段 它使得 OS 可以捕獲普通程序發(fā)出的系統(tǒng)功能調(diào)用 及時(shí)處理設(shè)備的中斷請(qǐng)求防止用戶程序中破壞性的活動(dòng)等等 10.中斷的一般處理過程是怎么樣的？多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生呢？ 答：1）如書圖 2.9(簡(jiǎn)單的中斷處理過程) 2）如書圖 2.12(一個(gè)多優(yōu)先級(jí)中斷系統(tǒng)中多個(gè)中斷的處理示例) 11.請(qǐng)簡(jiǎn)述中斷和操作體統(tǒng)的關(guān)系，操作系統(tǒng)是

13、如何利用中斷機(jī)制的？ 答： 中斷機(jī)制是操作系統(tǒng)得以正常工作的最重要的手段 它使得 OS 可以捕獲普通程序發(fā)出的系統(tǒng)功能調(diào)用 及時(shí)處理設(shè)備的中斷請(qǐng)求 防止用戶程序中破壞性的活動(dòng)等等 12. 常用的 I/O 控制技術(shù)有那些？各有什么特點(diǎn)？ 答：常用的 I/O 控制技術(shù)有以下幾種：程序控制，中斷驅(qū)動(dòng)以及直接存儲(chǔ)器存取（DMA） 以及通道。 程序控制 I/O 技術(shù)：由處理器提供 I/O 相關(guān)指令來實(shí)現(xiàn) I/O 處理單元處理請(qǐng)求并設(shè)置 I/O 狀態(tài)寄存器相關(guān)位 不中斷處理器，也不給處理器警告信息 處理器定期輪詢 I/O 單元的狀態(tài)，直到處理完畢 I/O 軟件包含直接操縱 I/O 的指令 控制指令: 用于

14、激活外設(shè)，并告訴它做什么 狀態(tài)指令: 用于測(cè)試 I/O 控制中的各種狀態(tài)和條件 數(shù)據(jù)傳送指令: 用于在設(shè)備和主存之間來回傳送數(shù)據(jù) 主要缺陷：處理器必須關(guān)注 I/O 處理單元的狀態(tài)，因而耗費(fèi)大量時(shí)間輪詢信息，嚴(yán)重地降 低了系統(tǒng)性能 中斷驅(qū)動(dòng) I/O 技術(shù)：為了解決程序控制 I/O 方法的主要問題 應(yīng)該讓處理器從輪詢?nèi)蝿?wù)中解放出來 使 I/O 操作和指令執(zhí)行并行起來 具體作法： 當(dāng) I/O 處理單元準(zhǔn)備好與設(shè)備交互的時(shí)候 通過物理信號(hào)通知處理器，即中斷處理器 DMA 技術(shù)：中斷的引入大大地提高了處理器處理 I/O 的效率 當(dāng)處理器和 I/O 間傳送數(shù)據(jù)時(shí)，效率仍舊不高 解決方法： 直接存儲(chǔ)器訪問（

15、DMA：Direct Memory Access） 通過系統(tǒng)總線中一獨(dú)立控制單元DMA 控制器 自動(dòng)控制成塊數(shù)據(jù)在內(nèi)存和 I/O 單元間的傳送 大大提高處理 I/O 的效能 通道：獨(dú)立于中央處理器，專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù) I/O 傳輸?shù)奶幚頇C(jī) 它對(duì)外設(shè)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理 代替 CPU 對(duì) I/O 操作進(jìn)行控制 使 CPU 和外設(shè)可以并行工作 通道又稱為 I/O 處理機(jī) 引入通道的目的: 為了使 CPU 從 I/O 事務(wù)中解脫出來 同時(shí)為了提高 CPU 與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的并行度13.時(shí)鐘對(duì)操作系統(tǒng)有什么重要作用？ 時(shí)鐘為計(jì)算機(jī)完成以下必不可少的工作： 在多道程序運(yùn)行環(huán)境中，為系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)陷入死循環(huán)（編程錯(cuò)誤）

16、的作業(yè)，防止機(jī)時(shí)的浪費(fèi) 在分時(shí)系統(tǒng)中，間隔時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)作業(yè)間按時(shí)間片輪轉(zhuǎn) 在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，按要求的間隔輸出正確時(shí)間信號(hào)給實(shí)時(shí)的控制設(shè)備（如 AD、D/A 轉(zhuǎn)換設(shè) 備） 定時(shí)喚醒要求延遲執(zhí)行的各外部事件（如定時(shí)為各進(jìn)程計(jì)算優(yōu)先數(shù)，銀行中定時(shí)運(yùn)行某類 結(jié)賬程序等） 記錄用戶使用設(shè)備時(shí)間和記錄某外部事件發(fā)生時(shí)間 記錄用戶和系統(tǒng)所需要的絕對(duì)時(shí)間，即年、月、日 第三章 用戶接口與作業(yè)管理 1.闡述程序，作業(yè)，作業(yè)步和進(jìn)程之間的聯(lián)系和區(qū)別。 答： (1）作業(yè) 用戶在一次計(jì)算過程中，或者一次事務(wù)處理過程中，要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所做工作的總稱 （2）作業(yè)步 一個(gè)作業(yè)可劃分成若干部分，稱為一個(gè)作業(yè)步 典型的作業(yè)控制過程：

17、“編譯”、“連接裝配”、“運(yùn)行” 2.一個(gè)具有分時(shí)兼批處理功能的操作系統(tǒng)應(yīng)該怎樣調(diào)度和管理作業(yè)？為什么？ 品3.在一個(gè)批處理系統(tǒng)中，一個(gè)作業(yè)從提交到運(yùn)行結(jié)束并退出系統(tǒng)，通常要經(jīng)歷哪幾個(gè)階段 和狀態(tài)？你能說出這些狀態(tài)轉(zhuǎn)變的原因嗎？哪些程序負(fù)責(zé)這些狀態(tài)的轉(zhuǎn)變？ 4.假設(shè)有三個(gè)作業(yè)，他們進(jìn)入時(shí)間和估計(jì)運(yùn)行的時(shí)間如下： 作業(yè)號(hào) 進(jìn)入時(shí)刻 估計(jì)運(yùn)行時(shí)間 1 10：00 60 分鐘 2 10：10 60 分鐘 3 10: 25 15 分鐘 在單道批處理方式下，采用先來先服務(wù)算法和最短作業(yè)優(yōu)先算法進(jìn)行作業(yè)調(diào)度。請(qǐng)給出 他們的調(diào)度程序，并分別計(jì)算出作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和帶權(quán)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間，請(qǐng)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn) 行解釋。

18、答：先來先服務(wù)： 作業(yè)號(hào) 進(jìn)入時(shí)間 估計(jì)運(yùn)行時(shí)間 開始時(shí)間 結(jié)束時(shí)間 周轉(zhuǎn)時(shí)間 帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間 1 10:00 60 10：00 11：00 60 1 2 10:10 60 11：00 12：00 110 11/6 3 10:25 15 12：00 12：15 110 22/3 平均周轉(zhuǎn)時(shí)間：280/3 帶權(quán)：55/6+6/6=61/6 最短作業(yè)服務(wù): 作業(yè)號(hào) 進(jìn)入時(shí)間 估計(jì)運(yùn)行時(shí)間 開始時(shí)間 結(jié)束時(shí)間 周轉(zhuǎn)時(shí)間 帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間 1 10:00 60 10：00 11：00 60 1 2 10:10 60 11：15 12：15 125 25/12 3 10:25 15 11: 00 11: 15

19、 50 10/3平均周轉(zhuǎn)時(shí)間：235/3 帶權(quán)：1+25/12+10/3= 77/125.有一個(gè)兩道的批處理操作系統(tǒng)，作業(yè)調(diào)度采用最短作業(yè)優(yōu)先的調(diào)度算法，進(jìn)程調(diào)度采用 基于優(yōu)先數(shù)的搶占式調(diào)度算法，有如下的作業(yè)序列： 作業(yè) 進(jìn)入時(shí)間 估計(jì)運(yùn)行時(shí)間 優(yōu)先數(shù) 1 10：00 40 分鐘 5 2 10：20 30 分鐘 3 3 10：30 50 分鐘 4 4 10: 50 20 分鐘 6 其中優(yōu)先數(shù)數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高。 1）列出所有作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存時(shí)間及運(yùn)行結(jié)束時(shí)間 2）計(jì)算作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和帶權(quán)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。 答： 作業(yè)號(hào) 進(jìn)入時(shí)間 估計(jì)運(yùn)行時(shí)間 開始時(shí)間 結(jié)束時(shí)間 周轉(zhuǎn)時(shí)間 帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間 1 10:

20、00 40 10：00 11：00 60 3/2 2 10:20 30 10: 20 10：50 30 1 3 10:30 50 10：30 11：20 50 1 4 10:50 20 11: 00 11:20 30 3/2 平均周轉(zhuǎn)時(shí)間：2.5 帶權(quán)：5 第四章 進(jìn)程管理 1.一個(gè)單 CPU 的操作系統(tǒng)共有 n 個(gè)進(jìn)程，不考慮進(jìn)程狀態(tài)過渡時(shí)的情況，也不考慮空轉(zhuǎn)進(jìn) 程（1）給出運(yùn)行進(jìn)程的個(gè)數(shù)；（2）給出就緒進(jìn)程的個(gè)數(shù)；（3）給出等待進(jìn)程的個(gè)數(shù)。 解：1.運(yùn)行進(jìn)程的個(gè)數(shù)可能是 0，也可能是 1; 2,就緒的進(jìn)程的個(gè)數(shù)可能是 0，也可能是 n-1 3等待進(jìn)程的個(gè)數(shù)可能是 0,也可能是 n 2.多道

21、程序在單 CPU 上并發(fā)運(yùn)行和多道程序在多 CPU 上并行執(zhí)行，這兩者在本質(zhì)是否相同 為什么？請(qǐng)給出以上兩者在實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)考慮什么問題？ 答： 1)本質(zhì)上不同，前者是宏觀上并發(fā)同時(shí)運(yùn)行，微觀上是交替順序執(zhí)行，后者則是宏觀上并 行，微觀上也并行。 2)在實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)時(shí)，必須協(xié)調(diào)好資源使用者和被使用者之間的關(guān)系，即對(duì)處理機(jī)資 源加以管理，以實(shí)現(xiàn)處理機(jī)在各個(gè)可運(yùn)行程序之間的分配與調(diào)度，對(duì)內(nèi)存資源加以管理，將 內(nèi)存分配給各個(gè)運(yùn)行程序，還要解決程序在內(nèi)存中的定位問題，并防止內(nèi)存中各個(gè)程序之 間互相干擾或?qū)Σ僮飨到y(tǒng)的干擾，對(duì)設(shè)備資源進(jìn)行管理，使各個(gè)程序在使用設(shè)備時(shí)，不發(fā) 生沖突。 3.用進(jìn)程概念說明操作系

22、統(tǒng)的并發(fā)性和不確定性是怎樣體現(xiàn)出來的？ 答：進(jìn)程的并發(fā)特性和異步特性體現(xiàn)了操作系統(tǒng)的并發(fā)性和不確定性。 進(jìn)程的并發(fā)特性：可以同其他進(jìn)程一道向前推進(jìn)，即一個(gè)進(jìn)程的第一個(gè)動(dòng)作可以在另一 個(gè)進(jìn)程的最后一個(gè)動(dòng)作結(jié)束之前開始 進(jìn)程的異步性：每個(gè)進(jìn)程按照各自獨(dú)立的，不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。4PCB 的作用是什么？他是怎么樣描述進(jìn)程的動(dòng)態(tài)本質(zhì)的？ 答：PCB 稱為進(jìn)程控制塊(Process Control Block)，為了便于系統(tǒng)控制和描述進(jìn)程的活動(dòng) 過程，在操作系統(tǒng)核心中為進(jìn)程定義一個(gè)專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就是 PCB。 系統(tǒng)利用 PCB 來描述進(jìn)程的基本情況以及進(jìn)程的運(yùn)行變化過程。PCB 是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)

23、 志。當(dāng)系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程時(shí)，為進(jìn)程設(shè)置一個(gè) PCB，再利用 PCB 對(duì)進(jìn)程進(jìn)行控制和管理；撤 銷進(jìn)程時(shí)，-系統(tǒng)收回它的 PCB,進(jìn)程也隨之消亡。 5.進(jìn)程的三個(gè)基本狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖（見書），圖中 1，2，3，4 表示某種類型的狀態(tài)變遷，請(qǐng) 分別回答下列問題： 1）什么“事件”引起某一種類型的狀態(tài)變遷 答：運(yùn)行中的進(jìn)程因?yàn)橹袛嗟陌l(fā)生，或者需要等待某種事件的發(fā)生，變遷到等待狀態(tài) 等待狀態(tài)的進(jìn)程，應(yīng)為所等待的事件發(fā)生了，變遷到就緒態(tài) CPU 為空的時(shí)候，就緒態(tài)的進(jìn)程就變遷到運(yùn)行狀態(tài) 運(yùn)行的進(jìn)程因?yàn)檎{(diào)度程序，變遷到就緒狀態(tài) 2）系統(tǒng)中常常由于某一進(jìn)程的狀態(tài)變遷引起另一進(jìn)程也產(chǎn)生狀態(tài)變遷，試判斷在下述情 況

24、下，如果有的話，將發(fā)生什么因果變遷？ 3 -1 2. -1 4-1 3-4 如果有處于就緒態(tài)的進(jìn)程 （3-1） 如果有處于就緒態(tài)的進(jìn)程 (2-1) CPU 為空(4-1) 等待事件發(fā)生(3-4) 3)在什么情況下，下述變遷中哪些將不立即引起其他變遷？ 1 2 3 4 當(dāng) 1 發(fā)生，并不引起其他變遷 當(dāng) 2 發(fā)生,如果有進(jìn)程處于就緒態(tài)，引起 1 發(fā)生 當(dāng) 3 發(fā)生, 如果有進(jìn)程處于就緒態(tài)，引起 1 發(fā)生 當(dāng) 4 發(fā)生，如果 CPU 為空，那么引起 1 發(fā)生 4）引起進(jìn)程狀態(tài)變遷的根本原因是什么？ 答： 原因：自身的進(jìn)展情況和外界環(huán)境條件的變化。自身的邏輯，中斷和進(jìn)程調(diào)度程序 等！ 根據(jù)進(jìn)程的動(dòng)態(tài)

25、性，進(jìn)程在其生命周期內(nèi)，需要經(jīng)歷一系列離散狀態(tài)。 6.內(nèi)核通常完成哪些功能？經(jīng)過內(nèi)核擴(kuò)充后形成的虛擬機(jī)有哪些屬性？ 答：內(nèi)核一般提供如下功能 1）中斷處理 2)進(jìn)程調(diào)度 3)進(jìn)程控制 4）進(jìn)程同步與互斥；5)進(jìn)程通信；6)存儲(chǔ)管理的 基本操作 7)設(shè)備管理的基本操作 8)文件信息管理的基本操作 9)時(shí)鐘管理 虛擬機(jī)的屬性有：1)沒有中斷 2)為每個(gè)進(jìn)程提供了一臺(tái)虛擬處理機(jī)，每個(gè)進(jìn)程好像在各 自的處理機(jī)上順序的運(yùn)行 3)為進(jìn)程提供了強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，即非特權(quán)的指令和原語一起 組成的指令系統(tǒng) 7.并發(fā)進(jìn)程執(zhí)行時(shí)一定會(huì)產(chǎn)生與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤嗎？為什么？ 答：不一定，如果并發(fā)進(jìn)程都占有一些受到保護(hù)的私有資

26、源(包括內(nèi)存，設(shè)備等資源)，那 么執(zhí)行的結(jié)果和進(jìn)程調(diào)度的算法以及中斷等外界環(huán)境沒有關(guān)系，所以不一定會(huì)產(chǎn)生與時(shí)間 有關(guān)的錯(cuò)誤. 8.試舉出進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的典型原因和引起進(jìn)程調(diào)度的因素。 答：進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的典型原因：1 中斷或者等待某事件發(fā)生,2.所等待事件發(fā)生了 3,CPU 為空引起進(jìn)程調(diào)度的因素為： 1)正在執(zhí)行的進(jìn)程運(yùn)行完畢 2)正在執(zhí)行的進(jìn)程調(diào)用阻塞原語將自己阻塞起來并進(jìn)入等待狀態(tài) 3）正在執(zhí)行的進(jìn)程調(diào)用了 P 原語操作，從而因?yàn)橘Y源不足而被阻塞，或調(diào)用了 V 原語操作 激活了等待資源的進(jìn)程隊(duì)列 4） 執(zhí)行中的進(jìn)程提出了 I/O 請(qǐng)求后被阻塞 5） 在分時(shí)系統(tǒng)中時(shí)間片已經(jīng)用完 以上都是 CP

27、U 為不可搶占方式下引起進(jìn)程調(diào)用的原因，當(dāng) CPU 為可搶占時(shí)，就緒隊(duì)列中的進(jìn) 程比當(dāng)前運(yùn)行的進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)高，也引起進(jìn)程調(diào)度 9.說明下列活動(dòng)是屬于哪些制約關(guān)系？ 1）若干同學(xué)去圖書館借書 進(jìn)程互斥 2）兩隊(duì)進(jìn)行籃球比賽 進(jìn)程互斥 3）流水線生產(chǎn)中的各道工序 進(jìn)程同步 4）商品生產(chǎn)和社會(huì)消費(fèi) 進(jìn)程同步 10,是否所有的共享資源都是臨界資源，為什么？ 答：不是，根據(jù)定義，一次只允許一個(gè)進(jìn)程使用得進(jìn)程才叫臨界資源,能同時(shí)被多個(gè)進(jìn)程 使用得資源不是臨界資源 11設(shè)一臺(tái)計(jì)算機(jī)，有兩條 I/O 通道，分別接一臺(tái)卡片輸入機(jī)和一臺(tái)打印機(jī)。卡片機(jī)把一 疊卡片逐一輸入到緩沖區(qū) B1 中，加工處理后再搬到緩沖區(qū)

28、B2 中，并在打印機(jī)上印出，問： 1）系統(tǒng)要設(shè)幾個(gè)進(jìn)程來完成這個(gè)任務(wù)？各自的工作是什么？ 2）這些進(jìn)程間有什么樣的相互制約關(guān)系 3）用 P,V 操作寫出這些進(jìn)程的同步算法 4）設(shè)系統(tǒng)中只有上述幾個(gè)進(jìn)程，用圖表示出各自狀態(tài)變遷情況及原因？ 答：這是一個(gè)典型的生產(chǎn)者，消費(fèi)者問題 1）系統(tǒng)要設(shè)三個(gè)進(jìn)程完成任務(wù)，第一個(gè)進(jìn)程 P1,從卡片輸入機(jī)中讀入數(shù)據(jù)，并且把數(shù)據(jù)放 入緩沖區(qū) B1 中，第二個(gè)進(jìn)程從 B1 緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)，加工處理后放入緩沖區(qū) B2 中。第三個(gè)進(jìn) 程將緩沖區(qū)的內(nèi)容輸入到打印機(jī)中打印出來 2）這三個(gè)進(jìn)程之間是同步和互斥的關(guān)系 3)三個(gè)進(jìn)程之間必須協(xié)調(diào)工作，需設(shè)置四個(gè)信號(hào)量，S1,S2,S

29、3,S4 并令 S1 的初值為 1,S2 的 處置為 0，S4 的初值為 1,則程序?yàn)椋?進(jìn)程 p1 進(jìn)程 p2 進(jìn)程 p3 P(S1) P(S2) P(S3) 從卡片機(jī)中讀入數(shù)據(jù) P(S4) 將緩沖區(qū) B2 內(nèi)容 V(S2) 將 Buffer B1 中的數(shù)據(jù) 在打印機(jī)中輸出 拷貝道 Buffer B2 中 V(S4) V(S1) V(S3) 4)當(dāng)緩沖區(qū) B1 為空時(shí)，當(dāng)有輸入時(shí)，進(jìn)程 p1 進(jìn)入就緒態(tài)，如果 CPU 為空，則為運(yùn)行態(tài)，輸 入完成后，進(jìn)入等待態(tài) 如果存在進(jìn)程 p2，則為等待態(tài)，當(dāng) S2+1 后，處于等待態(tài)進(jìn)程進(jìn)入就緒態(tài)，如果 CPU 為空 進(jìn)入運(yùn)行態(tài)，拷貝完成后，進(jìn)入等待態(tài)

30、如果存在進(jìn)程 p3，則為等待態(tài)，當(dāng) S3+1 后，處于等待態(tài)進(jìn)程進(jìn)入就緒態(tài)，如果 CPU 為空 進(jìn)入運(yùn)行態(tài)，輸出完成后，進(jìn)入等待態(tài)12.設(shè)有無窮多個(gè)信息，輸入進(jìn)程把信息逐個(gè)寫入緩沖區(qū)，輸入進(jìn)程逐個(gè)地從緩沖區(qū)中取 出信息。在下述情況下：1)緩沖區(qū)是環(huán)形的，最多可以容納 n 個(gè)信息；2）緩沖區(qū)是無窮大 的。 試分別回答下列問題？ 1)輸入，輸出兩進(jìn)程讀，寫緩沖區(qū)需要什么條件？ 2)用 P,V 操作寫出輸入，輸出兩進(jìn)程的同步算法，并給出信號(hào)量含義以及初值 3)指出信號(hào)量的值的變化范圍和其值的含義 答： 一：當(dāng)緩沖區(qū)的大小為 n 時(shí) 1）當(dāng)緩沖區(qū)信息為空的時(shí)候，輸出進(jìn)程無法讀，處于等待狀態(tài)，當(dāng)緩沖區(qū)信

31、息為滿的時(shí) 候無法寫，都某個(gè)緩沖區(qū)單位進(jìn)行讀寫的時(shí)候，要互斥 2） 1.空的信號(hào)量 empty 初值為 n, 滿的信號(hào)量為 full 初值為 0, 對(duì)緩沖區(qū)單元的互斥信號(hào) 量為 mutex,j,k 為緩沖區(qū)單位地址，初值為 0 寫進(jìn)程 讀進(jìn)程 P(empty) P(full) P(mutex) P(mutex) 向 Bufferi寫入信息 從 Bufferk中讀信息 V(mutex) V(mutex) V(full) V(empty) j:=(j+1)mod n k:=(k+1)mod n 4)empty 表示還有多少緩沖區(qū)單元為空，如果 empty=0,表示緩沖區(qū)滿，系統(tǒng)調(diào)用寫進(jìn)程時(shí) ，寫進(jìn)

32、程處于等待態(tài) full 表示緩沖區(qū)都多少有信心的單元，如果 full=0, 表示緩沖區(qū)空，系統(tǒng)調(diào)用寫進(jìn)程時(shí) ，讀進(jìn)程處于等待態(tài) mutex 表示對(duì)于緩沖區(qū)單元的互斥信號(hào)量,當(dāng) mutex=1 時(shí)，開鎖，mutex=0 時(shí)，閉鎖 二當(dāng)緩沖區(qū)大小為無窮大時(shí) 1）同上 2） 1空的信號(hào)量 empty 不用設(shè), 滿的信號(hào)量為 full 初值為 0, 對(duì)緩沖區(qū)單元的互斥信號(hào)量 為 mutex,j,k 為緩沖區(qū)單位地址，初值為 0 寫進(jìn)程 讀進(jìn)程 P(full) P(mutex) P(mutex) 向 Bufferi寫入信息 從 Bufferk中讀信息 V(mutex) V(mutex) V(full)

33、j:=(j+1)mod n k:=(k+1)mod n 4)full 表示緩沖區(qū)都多少有信心的單元，如果 full=0, 表示緩沖區(qū)空，系統(tǒng)調(diào)用寫進(jìn)程 時(shí)，讀進(jìn)程處于等待態(tài) mutex 表示對(duì)于緩沖區(qū)單元的互斥信號(hào)量,當(dāng) mutex=1 時(shí)，開鎖，mutex=0 時(shí)，閉鎖 13.假定一個(gè)閱覽室最多可以容納 100 人，讀者進(jìn)入和離開閱覽室都必須在閱覽室門口的一 個(gè)登記表上標(biāo)志（進(jìn)入時(shí)登記，離開時(shí)去掉登記項(xiàng)）而且每次只允許一人登記或者去掉登記，問： 1) 應(yīng)編寫幾個(gè)進(jìn)程完成這項(xiàng)工作，程序的主要?jiǎng)幼魇切┦裁?？?yīng)該設(shè)置幾個(gè)進(jìn)程？進(jìn)程 和程序間的關(guān)系如何？ 2) 用 P,V 操作寫出這些進(jìn)程的同步通信

34、關(guān)系 答：編寫兩個(gè)進(jìn)程，一個(gè)處理讀者進(jìn)入，一個(gè)處理讀者離開，進(jìn)程是程序的動(dòng)態(tài)執(zhí)行 設(shè)置信號(hào)量 full 為初值為 0， 空的信號(hào)量 empty 初值為 100, 互斥信號(hào)量 mutex 初值 為 1 進(jìn)入 離開 P(empty) P(full) P(mutex) P(mutex) 登記 取消登記 V(mutex) V(mutex) V(full) V(empty) 進(jìn)入 離開 14在生產(chǎn)者和消費(fèi)者問題中，如果對(duì)調(diào)生產(chǎn)者（或消費(fèi)者）進(jìn)程中的兩個(gè) P 操作和兩個(gè) V 操作的次序，會(huì)發(fā)生什么情況？請(qǐng)說明！ 答：對(duì)調(diào) P 操作, 會(huì)發(fā)生死鎖 因?yàn)?P(empty)在 p(mutex)和 v(mutex

35、)內(nèi)部，也就是臨界 區(qū)中，當(dāng) empty0,時(shí)，P(empty)在臨界區(qū)中進(jìn)入到了休眠狀態(tài)。那么就別的進(jìn)程都進(jìn)入 不到臨界區(qū)中，進(jìn)入死鎖狀態(tài)。 而兩個(gè) V 操作無關(guān)緊要 15.為什么引入高級(jí)通信機(jī)構(gòu)？他有什么優(yōu)點(diǎn)？說明消息緩沖通信機(jī)構(gòu)的基本工作過程？ 答： 1）為了解決大量的消息交換， 2）優(yōu)點(diǎn)：不僅能夠保證相互制約的進(jìn)程之間的相互關(guān)系，還同時(shí)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程之間的信息 交換 3）消息緩沖通信技術(shù)的工作過程： 其基本思想是：根據(jù)“生產(chǎn)者-消費(fèi)者”原理，利用內(nèi)存中公用消息緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間 的信息交換。 內(nèi)存中開辟了若干消息緩存區(qū)，用以存放消息，每當(dāng)一個(gè)進(jìn)程（發(fā)送進(jìn)程）向另一個(gè)進(jìn)程 （接收進(jìn)程）發(fā)送消

36、息時(shí)，便申請(qǐng)一個(gè)消息緩沖區(qū)，并把已準(zhǔn)備好的消息發(fā)送到緩沖區(qū)中 ，然后把該消息緩沖區(qū)插入到接受進(jìn)程的消息隊(duì)列中，最后通知接受進(jìn)程，接收進(jìn)程收到 發(fā)送進(jìn)程發(fā)送到的通知后，從本進(jìn)程的消息隊(duì)列中摘下一消息緩沖區(qū)，取出所需的消息， 然后把消息緩沖區(qū)還給系統(tǒng)。 16.進(jìn)程間為什么要進(jìn)行通信？在編寫自己的程序時(shí)，是否考慮到要和別的用戶程序進(jìn)行 通信？各個(gè)用戶進(jìn)程間是否存在制約關(guān)系? 答；1)各個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行的時(shí)候，共享內(nèi)存，或者共同完成一個(gè)特定的功能，都需要進(jìn)行通 信，2)需要， 3）促在同步和互斥的關(guān)系，比如聊天程序 17.假定一個(gè)系統(tǒng)的磁盤塊大小為 2KB，一個(gè)塊的平均訪問時(shí)間是 20 毫秒。一個(gè)有 40

37、KB 進(jìn)程 由于資源請(qǐng)求從運(yùn)行態(tài)變?yōu)樽枞麘B(tài)，它必須保持阻塞多長(zhǎng)時(shí)間？ 答： 40/2 * 20=400 毫秒 保持阻塞態(tài) 400 毫秒18.假設(shè) A,B 兩個(gè)火車站之間是單軌線，許多列車同時(shí)到達(dá) A 站，然后經(jīng)過 A 站到達(dá) B 站；又 列車從 A 到 B 的行駛時(shí)間是 t,列車在 B 戰(zhàn)后的停留時(shí)間是 t/2,試問在該問題模型中，什么是 臨界資源，什么是臨界區(qū)? 答：臨界資源： A 到 B 之間的單軌線，以及 B 站是臨界資源 臨界區(qū)： 在 A 到 B 之間行駛，以及在 B 上停留是臨界區(qū) 19.同步機(jī)制應(yīng)該遵循哪些原則？為什么？ 答：1.它的描述能力應(yīng)該足夠強(qiáng)，既能解決各種進(jìn)程間的同步互斥

38、問題； 2其次，應(yīng)該容易實(shí)現(xiàn)并效率高 3第三，使用方便 20.我們?yōu)槟撑R界資源設(shè)置一把鎖 W。當(dāng) W=1 時(shí)，表示關(guān)鎖，W=0 時(shí)，表示開鎖，試寫出開鎖 和關(guān)鎖原語，并利用它去實(shí)現(xiàn)互斥。 答： while(1=w); enter 臨界區(qū) 21.進(jìn)程 A1,A2,An 通過 m 個(gè)緩沖區(qū)向進(jìn)程 B1,B2,Bn 不斷發(fā)送消息，發(fā)送和接收工作遵 循如下規(guī)則： 1)每個(gè)發(fā)送進(jìn)程每次發(fā)送一個(gè)消息，寫入一個(gè)緩沖區(qū)，緩沖區(qū)大小與消息長(zhǎng)度一樣 2)對(duì)每一個(gè)消息，B1,B2,.Bn 都需要各接收一次，讀到各自的數(shù)據(jù)區(qū)中； 3)m 個(gè)緩沖區(qū)都滿時(shí)，發(fā)送進(jìn)程等待，沒有可讀消息時(shí)，接受進(jìn)程等待 試用 P,V 操作組

39、織正確的發(fā)送和接收操作。 答： VARmutex： Semaphore：初值為 1，實(shí)現(xiàn)對(duì)緩沖區(qū)的互斥 empty： Semaphore：初值為 n,有多少緩沖 Full： Array1.n OF Semaphore：初值為 0,每個(gè)接收進(jìn)程當(dāng)前可接收的緩沖區(qū) Count：Array1.n OF INTEGER;初值為 0,n 個(gè)緩沖區(qū)被訪問的次數(shù) ReceivePointer:Array1n OF INTEGER初值為 0，該接收進(jìn)程要取哪個(gè) SendPointer：INTEGER;初值為 0,發(fā)送進(jìn)程下次要放到哪個(gè)緩沖區(qū) 發(fā)送進(jìn)程 (num：INTEGER) num 為進(jìn)程號(hào) Repeat

40、 P(empty) P(mutex) 向 buffsendPointer放消息 sendPointer：=（sendPointer+1）mod k countsendPointer：=0 V(mutex) For i:=1 To n Do V(Fulli) Until FALSE 接收進(jìn)程 （num:INTEGER）:num 為接收進(jìn)程號(hào) Repeat P(Fullnum) P(mutex) 從 buffReceivePoinernum中取消息 V(mutex)CountReceivePoinernum：= CountReceivePoinernum+1 IF(CountReceivePoin

41、ernum=n) THEN V(empty) CountReceivePoinernum=0 ReceivePoinernum：=(ReceivePoinernum)+1)mod n Until FALSE 22有 K 個(gè)進(jìn)程共享一個(gè)臨界區(qū)，對(duì)于下述情況，請(qǐng)說明信號(hào)量值的初值，含義，并用 P, V操作寫出相關(guān)的互斥算法。 1） 一次只允許一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū) 2） 一次只允許 m 個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū) 答：1)設(shè)置互斥信號(hào)量 mutex，初值為 1 P(mutex) Enter_region V(mutex) 2)設(shè)置同步信號(hào)量 mutex,初值為 m; P(mutex) Enter_region

42、V(mutex) 23愛睡覺的理發(fā)師問題，一個(gè)理發(fā)店有兩間相連的屋子，一間是私室，里面有一把理發(fā) 椅，另一個(gè)是等候室，有一個(gè)滑動(dòng)門和 N 把椅子。理發(fā)師忙的時(shí)候，通向私室的門被關(guān)閉 ，新來的顧客找一把空椅子坐下，如果椅子都被占用了，則顧客只好離去，如果沒有顧客 ，則理發(fā)師在理發(fā)椅上睡覺。并打開通向私室的門。理發(fā)師睡覺時(shí)，顧客可以叫醒他理發(fā) ，請(qǐng)編寫 理發(fā)師和顧客的程序，正確實(shí)現(xiàn)同步和互斥問題！ 答： 解：VAR: S1,S2 ：Semaphore;初值為 0,實(shí)現(xiàn)理發(fā)師與顧客的同步 Mutex：Semaphore：初值為 1,實(shí)現(xiàn)對(duì) waiting 的互斥 waiting：INTEGER:初值

43、為 0,等待的顧客數(shù) 理發(fā)師進(jìn)程 REPEATP(S1) 若無顧客，則睡覺 P(mutex) Waiting:=waiting-1 V(S2); (喚醒一個(gè)等待的客戶) V(mutex) 理發(fā) Until FALSE 顧客進(jìn)程 P(mutex)IF(waitingT , 3)SQT 時(shí), CPU 的利用率=T/(T+S)*100%(當(dāng)進(jìn)程運(yùn)行完后，就切換，也就相當(dāng)于時(shí)間 片=T )3)當(dāng) SQT 時(shí)， =Q/Q+S 4）當(dāng) Q=S 時(shí) =S/S+S 5)當(dāng) Q 趨于 0,CPU 的利用率=T/T+nS=0 （n 趨于無窮） 30，大多數(shù)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度程序使用一個(gè)固定大小的時(shí)間片，請(qǐng)給出選擇小時(shí)

44、間片的理由 ，然后再給出選擇大時(shí)間片的理由 答：選擇小時(shí)間片：I/O 密集型,可以縮短響應(yīng)時(shí)間，滿足短的交互需求 選擇大時(shí)間片：CPU 密集型，可以防止過多的進(jìn)程切換，提高 CPU 效率 31.有 5 個(gè)批處理作業(yè) A 到 E 幾乎同時(shí)到達(dá)一計(jì)算中心。他們估計(jì)運(yùn)行時(shí)間分別為 10,6,2,4 和 8 分鐘，其優(yōu)先數(shù)(由外部設(shè)定)分別為 3，5，2，1，4 其中 5 級(jí)為最高優(yōu)先級(jí)，對(duì)于下列每 種調(diào)度算法，計(jì)算其平均周轉(zhuǎn)時(shí)間，可忽略進(jìn)程切換的開銷。 1） 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法 2） 優(yōu)先級(jí)調(diào)度法 3） 先來先服務(wù)法（按照次序 10,6,2,4,8 運(yùn)行） 4） 最短作業(yè)優(yōu)先 對(duì) 1），假設(shè)系統(tǒng)具有多道處

45、理能力，每個(gè)作業(yè)均獲得公平的 CPU 時(shí)間，對(duì)(2) 和(4)假設(shè) 任一時(shí)刻只有一個(gè)作業(yè)運(yùn)行，直到結(jié)束，所有作業(yè)都是 CPU 密集型作業(yè)! 答：1) 和時(shí)間片的長(zhǎng)短有關(guān)，比較繁瑣！ 2)運(yùn)行順序是(6,8,10,2,4) (6+14+24+26+30)/4=100/4=25 3)(10+16+18+22+30)/4=96/4=24 4) (2+(2+4)+(2+4+6)+(2+4+6+8)+( 2+4+6+8+10)/4=17.5 32：有 5 個(gè)待運(yùn)行的作業(yè)，他們的估計(jì)運(yùn)行時(shí)間分別是 9,6,3,5，采用哪中次序運(yùn)行各個(gè) 作業(yè)將得到最短的平均響應(yīng)時(shí)間？答案依賴于 X 答：由于 5 個(gè)作業(yè)同時(shí)

46、到達(dá)，所以按最短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度會(huì)得到最短的響應(yīng)時(shí)間： 9x 3 5 6 9 x 6x9 3 5 6 x 9 5x6 3 5 x 8 9 3x5 3 x 5 8 9 x3 x 3 5 8 9 33,在一間酒吧里有三個(gè)音樂愛好者隊(duì)列，第一列音樂愛好者只有隨身聽，第二列只 有音樂 磁帶，第三列只有電池，而要聽音樂就必須有隨身聽，音樂磁帶和電池這三中物品 。酒吧老板一次出售這三種物品中的任意兩種，當(dāng)一名音樂愛好者得到這三種物品 并聽完樂曲后，酒吧老板才能再一次出售這三種物品中任意兩種，于是第二名音樂 愛好者得到這三種物品。并開始聽樂曲，全部買賣九這樣進(jìn)行下去。 使用 P,V 操作正確解決這一買賣。解：買

47、方有三個(gè)進(jìn)程，賣方有 1 個(gè)進(jìn)程 賣方，和買方的同步信號(hào)量 S1,S2 ,初值為 0,1. 聽音樂時(shí)的互斥信號(hào)量;mutex 賣方進(jìn)程 P(S1) (沒有音樂愛好者，等待) 賣物品 P(mutex) 放音樂 V(mutex) V(S2) 買方進(jìn)程 P(S2) 買物品 V(S1) 老板可以賣東西 34.巴拿馬運(yùn)河建在太平洋和大西洋之間，由于太平洋和大西洋水面高度不同，有巨大落 差，所以運(yùn)河中建有 T(T2)級(jí)船閘，并且只能允許單向通行，船閘依次編號(hào)為 1,2,T ，由大西洋來的船需要經(jīng)過船閘 T,T-1.,2,1 通過運(yùn)河到達(dá)太平洋，由太平洋來的船需要 經(jīng)由船閘 1,2,T-1,T 通過運(yùn)河到達(dá)

48、大西洋。 使用 P,V 操作正確解決大西洋和太平洋的船只通航問題。 答：答：Array: S1T of Semaphore 為每個(gè)船閘設(shè)置的信號(hào)量初值都為 1 Array: count1T of INTEGER 為每個(gè)船閘設(shè)置通往大西洋的船的計(jì)數(shù)值,初值都為 0 Array: count2T of INTEGER 為每個(gè)船閘設(shè)置通往太平洋的船的計(jì)數(shù)值,初值都為 0 對(duì) count 設(shè)置互斥信號(hào)量 mutex 去大西洋的進(jìn)程: int j for(j=0;jT,j+) P(mutex) if(count1j=0) P(Sj) countj+ 過第 j+1 個(gè)船閘 P(mutex) countj-

49、 if(countj=0) V(Sj) V(mutex) 去太平洋的進(jìn)程： int k for(k=T-1;kT,k+)P(mutex) if(count2k=0) P(Sk) countk+ 過第 k+1 個(gè)船閘 P(mutex) countk- if(countk=0) V(Sk) V(mutex) 35.某銀行有人民幣儲(chǔ)蓄業(yè)務(wù)，由 n 個(gè)柜員負(fù)責(zé)，每個(gè)顧客進(jìn)入銀行后，先取一個(gè)號(hào)，并且 等著叫號(hào)，當(dāng)一個(gè)柜員人員空閑下來，就叫上一個(gè)號(hào)，使用 P,V 操作正確編寫柜臺(tái)人員和 顧客進(jìn)程的程序！ 解; 取號(hào)的互斥信號(hào)量 mutex,叫號(hào)的互斥信號(hào)量 mutex1 柜臺(tái)人員和顧客進(jìn)程的同步信號(hào)量為

50、S1,S2, 初值分別為 n,0 柜臺(tái)人員進(jìn)程： P(S2) (無顧客則等待) P(mutex1) 叫號(hào) V(mutex1) 服務(wù) V(S1) 顧客進(jìn)程 P(mutex) 取號(hào) V(mutex) P(S1) 享受服務(wù) V(S2) 36,設(shè) A,B,C 三個(gè)進(jìn)程共享一個(gè)存儲(chǔ)資源 F,A 對(duì) F 只讀不寫，B 對(duì) F 只寫不讀，C 對(duì) F 先讀后寫。 （當(dāng)一個(gè)進(jìn)程寫 F 時(shí)，其他進(jìn)程既不能讀 F，也不能寫 F,但多個(gè)進(jìn)程同時(shí)讀 F 是允許的）試 利用管程的方法或者 P,V 操作，寫出 A,B,C 三個(gè)進(jìn)程的框架，要求：（1）執(zhí)行正確 （2）正常運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生死鎖；(3)使用 F 的并發(fā)度高 37,某

51、系統(tǒng)如此定義 P,V 操作 P(S) S=S-1 若 S1 本進(jìn)程進(jìn)入等待隊(duì)列末尾，否則繼續(xù)進(jìn)行 V(S) S=S+1 若 S0,釋放等待隊(duì)列中末尾的進(jìn)程，否則繼續(xù)運(yùn)行。 現(xiàn)有四個(gè)進(jìn)程 P1,P2,P3,P4 競(jìng)爭(zhēng)使用某一需要互斥使用的資源（每個(gè)進(jìn)程可能反復(fù)使用多次），使用這樣的 P,V 操作來正確的實(shí)現(xiàn)互斥。 解: S:ARRAY0,3 OF Semaphore初值為 si=i,i=0,1,2,3 訪問進(jìn)程 for i:=3 downto 1 do P(si) 臨界區(qū)操作 for i:=1 To N-1 Do V(Si) 38,請(qǐng)用進(jìn)程通信的辦法解決生產(chǎn)者，消費(fèi)者問題 39,請(qǐng)用管程實(shí)現(xiàn)哲學(xué)家就餐問題 第五章 存儲(chǔ)管理 1產(chǎn)生存儲(chǔ)分配問題的背景是什么？何謂靜態(tài)分配？何謂動(dòng)態(tài)分配？動(dòng)態(tài)分配的原因是 什么？ 答：一個(gè)有效的存儲(chǔ)分配機(jī)制，應(yīng)對(duì)用戶提出的需求做出快速響應(yīng)，為之分配相應(yīng)的存儲(chǔ) 空間，在用戶作業(yè)不需要它時(shí)，及時(shí)收回，供其他用戶使用。 內(nèi)存分配有兩種方式 1）靜態(tài)分配：程序要求的內(nèi)存空間是在目標(biāo)模塊連接裝入內(nèi)存時(shí)確定并分配的，并且在 程序運(yùn)行過程中不允許再申請(qǐng)或在內(nèi)存中“搬家”，也就是分配工作是在程序運(yùn)行前