精选操作系统习题答案.docx
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精选操作系统习题答案
习题一(前三章)
1、系统如何由目态转为管态?
如何由管态转为目态?
目态到管态的转换(中断,trap):
修改处理机状态字指令属于特权指令,只能在管态执行,目态程序无法直接控制处理机状态的转换。
处理机状态由目态转换为管态的唯一途径是中断,中断发生时,中断向量中的PSW标识处于管态,这个标识一般由操作系统初始化程序设置的。
管态到目态的转换(置程序状态字):
通过修改程序状态字(置PSW)来实现,操作系统运行于管态,该状态转换伴随着由操作系统程序到用户程序的转换。
2、为什么有硬件时钟,有时还要设置软件时钟?
解:
硬件时钟由硬件提供,保存在硬件寄存器中,开机由电源供电,关机由机内电池供电,可由程序设定和修改,一般通过特权指令完成,应用程序可读取该值。
不发生中断。
间隔时钟:
定时发生中断,一般间隔单位为“毫秒”。
中断发生后,操作系统获得系统的控制权,以便运行系统管理和实现程序并发。
是实现多道程序的基础—保证操作系统获得控制权。
软件时钟:
利用间隔时钟实现,主要用于定时启动一些服务,如定时备份,软件时钟通过赋内存的一个单元一个初值,通过间隔时钟中断,对该单元值减一,减到0就启动相应的服务,这是间隔时钟做不到的。
3、通过一个案例分析进程的状态转换过程。
比如用播放器播放音乐,当启动播放器,产生播放器进程,进入挂起就绪状态,当用户点击播放按钮时,进入就绪状态,当被处理机调度时,处于运行态,当需要听歌曲,且歌曲还在外存时,该进程启动磁盘读进程,然后自己进入等待态,当磁盘读进程将相应歌曲读进内存时,向处理机发出中断,该中断进程将播放器进程送入就绪队列,当被处理机调度时,开始播放歌曲,处于运行态,如此反复,直到关闭播放器,进程结束。
单击暂停键,进入挂起就绪队列
4、通过一个案例描述可以由用户处理的中断的处理过程。
比如在一个C语言程序中发生除零错误
(1)发生出除零中断
(2)保存旧PSW和PC(入系统栈)
(3)取中断向量
(4)转到中断处理程序
(5)访问中断续元表(假定非0)
(6)系统栈中现场转移到用户栈
(7)中断续元入口送寄存器(OS中断处理完成)
(8)执行中断续元
中断续元的执行同目态子程序
(9)用户栈PSW和PC送寄存器
(10)中断执行完,遇RET指令由用户栈弹出现场信息送入处理机
(11)返回中断断点
5、下表列出了四个进程到达时间和执行时间,使用先来先服务算法、循环(时间片2)、短作业优先、响应比高者优先的调度算法的调度过程,分别计算每个调度算法的周转时间、平均周转时间、带权周转时间、带权平均周转时间.画出相应的Gantt图.
进程
到达时间
执行时间
A
0
3
B
1
6
C
4
4
D
6
2
解:
先来先服务算法
0391315
进程
到达时间
运行时间
开始时间
完成时间
周转时间
带权周转时间
A
0
3
0
3
3
1
B
1
6
3
9
8
8/6=1.33
C
4
4
9
13
9
9/4=2.25
D
6
2
13
15
9
9/2=4.5
平均周转时间=(3+8+9+9)/4=7.25
平均带权周转时间=(1+1.33+2.25+4.5)/4=2.27
循环(时间片2)
024689111315
周转时间:
由就绪开始时刻到处理完毕时刻的时间
带权周转时间:
周转时间/运行时间
等待时间(waitingtime):
周转时间与处理时间之差
进程
到达时间
运行时间
开始时间
完成时间
周转时间
等待时间
带权周转时间
A
0
3
0
9
9
6
9/3=3
B
1
6
2
15
14
8
14/6=2.33
C
4
4
4
13
9
5
9/4=2.25
D
6
2
6
8
2
0
2/2=1
平均周转时间=(9+14+9+2)/4=8.5
平均等待时间=(6+8+5+0)/4=4.75
平均带权周转时间=(3+2.33+2.25+1)/4=2.145
短作业优先
进程
到达时间
执行时间
A
0
3
B
1
6
C
4
4
D
6
2
1391115
进程
到达时间
运行时间
开始时间
完成时间
周转时间
带权周转时间
A
0
3
0
3
3
3/3=1
B
1
6
3
9
8
8/6=1.33
C
4
4
11
15
11
11/4=2.75
D
6
2
9
11
5
5/2=2.5
平均周转时间=(3+8+11+5)/4=6.75
平均带权周转时间=(1+1.33+2.75+2.5)/4=1.895
响应比高者优先
RR=1+WT/BT
在9时刻出现了D和C
C的响应比=1+5/4=2.25
D的响应比=1+3/2=2.5
1391115
进程
到达时间
运行时间
开始时间
完成时间
周转时间
带权周转时间
A
0
3
0
3
3
3/3=1
B
1
6
3
9
8
8/6=1.33
C
4
4
11
15
11
11/4=2.75
D
6
2
9
11
5
5/2=2.5
平均周转时间=(3+8+11+5)/4=6.75
平均带权周转时间=(1+1.33+2.75+2.5)/4=1.895
7、在一个使用多级反馈队列的系统中,一个只使用CPU的进程的执行时间为40秒,如果第1队列时间片为2,每级时间片增加5个时间单元,那么这个作业运行结束前会被中断多少次,结束时处于哪级队列?
解3:
进程被中断的情况有:
在时刻2(第1队列),在时刻2+7(第2队列),在时刻9+12(第3队列),在时刻21+17(第4队列),当该进程结束时位于第5队列,中断4次。
练习二互斥、同步与通信
1、设有3个进程R、W1和W2,共享缓冲区B,B中每次只能存放一个数,当B中无数据时,可以从输入设备上读数据到B中,若数为奇数时允许W1取出打印,否则允许W2取出打印,W1和W2每次仅能打印一次,它们不能从空的B中取数据。
解:
设信号量sr表示是否可读,初值为1
设信号量sp1表示w1进程是否可打印,初值为0
设信号量sp2表示w2进程是否可打印,初值为0
cobegin
sr,sp1,sp2:
semaphore:
=1,0,0;
x:
integer;
processreaderprocessw1processw2
beginbeginbegin
repeatrepeatreapet
p(sr);p(sp1);p(s2p);
读入一个数放入x;打印x1;打印x1;
ifxmod2=0thenv(sp2)v(sr);v(sr);
elseuntilfalse;untilfalse;
v(sp1);end;end;
untilfalse;
end;
end;
2、有3个好朋友预定在一个地方集合,然后一起去看电影,请用PV描述他们的同步操作。
解:
定义一个计数器,统计到达的人数:
count,初值为0
定义三个同步信号量s1,s2,s3,表示是否可以去看电影,初值都不可以看,为0
定义一个互斥信号量mutex,用于对count的互斥访问
var
count:
integer:
=0;
s1,s2,s3,mutex:
semaphore:
=0,0,0,1;
P1进程P2进程P3进程
P(mutex)p(mutex)p(mutex)
Count:
=count+1;count:
=count+1;count:
=count+1
V(mutex);v(mutex)v(mutex)
Ifcount=3thenifcount=3thenifcount=3then
Beginbeginbegin
V(s2);v(s1);v(s1);
V(s3);v(s3);v(s2);
Endendend
Elseelseelse
P(s1);p(s2);p(s3);
练习三互斥、同步与通信
1、两进程PA,PB通过两FIFO缓冲区队列连接(如图),每个缓冲区长度等于传送消息长度。
进程PA,PB之间的通信满足如下条件:
buf[0]
buf[1]
(1)至少有一个空缓冲区存在时,相应的发送进程才能发送一个消息。
(2)当缓冲队列中至少存在一个非空缓冲区时,相应的接收进程才能接收一个消息。
试描述发送过程send(i,m)和接收过程receive(i,m)。
这里i代表缓冲区。
解:
bufempty[0]、bufempty[1]表示缓冲区是否空,初值为n
buffull[0]、buffull[1]表示缓冲区是否满,初值为0
buf[0]、buf[1]表示两个缓冲区
Send(i,m)
Begin
localx
P(bufempty[i])
按FIFO方式选择一个空缓冲区
buf[i](x)=m
buf[i](x)置满标记
V(buffull[i])
End
Receive(i,m)
Begin
Lccalx
P(buffull[i])
按FIFO方式选择一个装满数据的缓冲区buf[i](x)
m=buf[i](x)
buf[i](x)置空标记
V(bufempty[i])
End
Pa调用send(0,m)和receive(1,m)
Pb调用send(1,m)和receive(0,m)
2、设有三组进程PA,PB,PC,PA进程每次从磁盘中读入一条记录到缓冲区1中,缓冲区1可存放N条记录,PB进程每次只能从缓冲区1中取出一条记录到缓冲区2中,缓冲区2可存放N/2条记录,PC进程每次只能从缓冲区2中取出一条记录来打印,请用管程描述它们之间的同步操作。
解:
本题中,PA是一个生产者,PB既是生产者又是消费者,PC是消费者,
解:
条件变量:
notfull1:
表示B1是否满,notfull2:
表示B2是否满
notempty1:
表示B1是否空,notempty2:
表示B2是否空
k1,k2:
分别表示在B1中PA放记录的位置和PB取记录的位置,初值为0。
t1,t2:
分别表示在B2中PB放记录的位置和PC取记录的位置,初值为0。
count1,count2:
分别表示B1存放记录数和B2存放记录数.初值为0。
count1>=n:
表示B1已满,这时PA进程不能再读入记录到B1中,
将wait(notfull1)
count1PA可以放1条记录到B1中,此时看是否有等待B1中记录的,
若有则将singal(notempty1)
count2>=n/2:
表示B2已满,这时PB进程不能从B1中读记录到B2中,
将wait(notfull2),当count1<=0时表示B1中无记录,PB不能
从B1中取记录,将wait(notempty1)
count20:
表示PB可以从B1中取1条记录到B2中,此时
检查是否有等待B2的记录,若有则将singal(notempty2)
count2<=0:
表示B2中无记录,PC不能打印,执行wait(notempty2),否则从B2中取记录打印,同时检查是否有PB在等待B2中放记录,若有则执行singal(notfull2)。
过程:
get(item):
PC从B2中取记录
put(item):
PA从磁盘读记录到B1中。
Getput(item):
PB从B1取记录到B2中。
TypeprocedurePC=monior
Vark1,k2,t1,t2,count1,count2:
integer
B1:
array[0…n-1]ofitem;
B2:
array[0…n/2-1]ofitem;
notfull1,notfull2,notempty1,notempty2:
condition;
procedureentryput(item)
begin
ifcount1>=nthenwait(notfull1);
B1[k1]:
=item;
k1:
=(k1+1)modn;
count1:
=count1+1;
signal(notempty1);
end;
procedureentrygetput(item)
begin
ifcount2>=n/2thenwait(notfull2);
ifcount1<=0thenwait(notempty1);
B2[t1]:
=B1[k2];
t1:
=(t1+1)modn/2;
k2:
=(k2+1)modn;
signal(notfull1);
signal(notempty2);
end;
procedureentryget(item)
begin
ifcount2<=0thenwait(notempty2);
打印B2[t2];
t2:
=(t2+1)modn/2;
signal(notfull2)
end;
begin
k1=k2=t1=t1=0;
count1=-count2=0;
end;
processPAprocessPBprocessPC
beginbeginbegin
repeatrepeatrepeat
readanitem;PC.getput(item);PC.get(item);
PC.put(item);untillfalse;printitem;
Untillfalse;end;untillfalse;
End;end;
练习四死锁
1、某系统采用死锁检测手段发现死锁,设系统中资源类集合为{A,B,C},资源类A中共有17个实例,资源类B中共有5个实例,资源类C中共有20个实例.又设系统中进程集合为{p1,p2,p3,p4,p5},T0时刻系统状态如下:
Allocation Need Available
ABC ABC ABC
p1:
212 347
p2:
402 134
p3:
405 006
p4:
204 221
p5:
314 110
在T0时刻是否安全,请给出安全系列
在T0时刻若进程P2请求资源(034),能否实现分配,为什么?
在
(2)的基础上,若进程P4请求资源(201),能否实现分配,为什么?
在(3)的基础上,若进程P1请求资源(020),能否实现分配,为什么?
解:
(1)由已知可知,系统剩余资源为(233)
Allocation Need Available WorkFinish
ABC ABC ABC ABC
p1:
212 347 233
p2:
402 134
p3:
405 006
p4:
204 221
p5:
314 110
WorkAllocation Need Work+AllocationFinish
ABCABC ABC A BC
p1:
7411212 347 9513true3
p2:
9513402 134 13515true4
p3:
13515405 00617520true5
p4:
233204 221437true1
p5:
437314 1107411true2
可以找到一个系列p4,p5,p1,p2,p3
(2)在T0时刻若进程P2请求资源(034),因请求资源大于剩余资源(233),不能分配
(3)在
(2)的基础上,若进程P4请求资源(201),由于请求资源(201)<需求资源(221),
请求资源(201)<剩余资源(233),进行试分配
Allocation Need Available
ABC ABC ABC
p1:
212 347 032
p2:
402 134
p3:
405 006
p4:
405 020
p5:
314 110
再使用安全性检测算法,得到
WorkAllocation Need Work+AllocationFinish
ABCABC ABC A BC
p1:
7411212 347 9513true3
p2:
9513402 134 13515true4
p3:
13515405 00617520true5
p4:
032405 020437true1
p5:
437314 1107411true2
可以找到一个系列p4,p5,p1,p2,p3
(4)在(3)的基础上,若进程P1请求资源(020),由于请求资源(020))<需求资源(347),请求资源(020))<剩余资源(032),进行试分配
Allocation Need Available
ABC ABC ABC
p1:
232 327 012
p2:
402 134
p3:
405 006
p4:
405 020
p5:
314 110
由于资源(012)不能满足任何进程故不能分配
2、有三类资源R1,R2,R3,R1和R2资源数分别为2,R3为1,有四个进程P1,P2,P3,P4,每个进程占用资源和等待资源的情况如下:
进程 已占资源类 已占用个数 等待的资源
P1R3,R21,1R1
P2R11-
P3R11R2
P4R21R3
请画出资源分配图,使用资源分配图的约简证明是否产生死锁。
解:
(1)该图中非孤立节点且没有请求边的是P2
(2)去掉分配边成为孤立节点
(3)寻找请求边可以满足的节点,并将请求边改为分配边
(4)没有请求边的是P1,去掉分配边成为孤立节点
(5)寻找请求边可以满足的节点,并将请求边改为分配边
(6)没有请求边的是P3,P4,去掉分配边成为孤立节点
(7)最后全部为孤立节点,系统没有死锁
3、在A、B两车站之间为单轨,且在中间有一个小站C,小站C为双轨道,给出一个无死锁、无饿死、并发度最高的算法,使用PV实现。
解:
C1
AB
C2
若AB方向火车在小站C走上边轨道,BA方向走下边轨道,则:
当同时不超过3辆火车时,不会发生死锁设信号量train=3
AC、BC为单轨,设信号量ac=1bc=1
C站:
c1=1c2=1
A到BB到C
P(train)P(train)
p(ac)p(bc)
ac上行驶bc上行驶
p(c1)p(c2)
进入C小站进入C小站
v(ac)v(bc)
p(bc)p(ac)
出C站出C站
v(c1)v(c2)
bc上行驶ac上行驶
到达B站到达A站
v(bc)v(ac)
v(train)v(train)
若AB和BA方向在小站C不规定轨道,则:
当同时不超过2辆火车时,不会发生死锁设信号量train=2
AC、BC为单轨,设信号量ac=1bc=1
A到BB到C
P(train)P(train)
p(ac)p(bc)
ac上行驶bc上行驶
进入C小站进入C小站
v(ac)v(bc)
p(bc)p(ac)
出C站出C站
bc上行驶ac上行驶
到达B站到达A站
v(bc)v(ac)
v(train)v(train)
练习五存储
1、一个物理内存为64MB的计算机系统,该系统的内存管理模式为页式,页长为4KB,用户程序的一个逻辑地址为6D9C(16进制),进程页表如下
进程页表
4
2
22
16
222
18
3
9
11
126
30
12
0
…
请计算: