1、操作系统复习习题1.若一只盘子一次只能放一个水果，A只往盘中放苹果，B只往盘中放梨子，C只从盘中取苹果，D只从盘中取梨子。试用：(1) 信号量和P、V操作；(2) 管程，写出同步算法。解：(1) 采用P、V操作的同步算法如下：semaphore SAB=1; /A、B的资源信号量，同时又是它们的互斥信号量semaphore SC=0; /C的资源信号量(用于与A同步)semaphore SD=0; /D的资源信号量(用于与B同步)beginparbeginprocess A: /进程A的算法描述while(true) 取一个苹果；wait(SAB); /测试盘子是否为空将一苹果放入盘中；sig
2、nal(SC) /通知C盘中已有苹果(可能唤醒C)process C:while(true) wait(SC); /测试盘子是否有苹果从盘中取出苹果;signal(SAB); /通知A(或B)盘子一空(可能唤醒A或B)消费该苹果;process B: /进程B的算法描述while(true) 取一个梨子；wait(SAB); /测试盘子是否为空将一梨子放入盘中；signal(SD) /通知D盘中已有梨子(可能唤醒D)process D:while(true) wait(SD); /测试盘子是否有梨子从盘中取出梨子;signal(SAB); /通知A(或B)盘子一空(可能唤醒A或B)消费该梨子;
3、parendend(2) 采用管程的同步算法如下：首先定义管程MPC，该管程可描述如下：type MPC=monitor var flag: integer; /flag=0:盘中无水果；=1盘中有苹果；=2盘中有梨子 empty: condition; /用于A或B等待空盘子 W: array1.2 of condition /W1用于等待苹果，W2用于等待梨子 procedure entry put(integer k) beginif flag0 then empty.wait; /生产者A或B进程阻塞flag=k;放一k号水果入盘中; /设1号水果为苹果，2号水果为梨子if Wk.qu
4、eue then full.signal; /若有等待k号水果者，则唤醒之 end procedure entry get(integer k) begin if flagk then Wk.wait; /消费者C或D进程阻塞 从盘中取k号水果; flag := 0; if empty.queue then empty.signal; /若等待队列非空，则唤醒队首的一个生产者进程 endbegin flag :=0; /初始化内部数据endA、B、C、D四个进程的同步算法可描述如下：parbeginProcess Abegin任取一个苹果;MPC.put(1);endProcess Bbegi
5、n任取一个梨子;MPC.put(2);endProcess CbeginMPC.get(1);吃苹果;endProcess DbeginMPC.get(2);吃梨子;endparend2.设自行车生产车间有两个货架，货架A可以存放8个车架，货架B可以存放20个车轮；又设有4个工人，他们的活动是重复劳动，分别为：工人1 加工一个车架放入货架A中；工人2、3分别加工车轮放入货架B中（每人每次放入1个车轮）；工人4从货架A中取一个车架，再从货架B中取两个车轮，组装成一辆自行车。试用PV操作实现四个工人的合作。【分析】信号量Aempty表示货架A的空位数，其初值为8；信号量Afull表示货架A上存放的
6、车架数，其初值为0；信号量Bempty表示货架B的空位数，其初值为20；信号量Bfull表示货架B上存放的车轮数，其初值为0；信号量mutex用于互斥（初值为1）。解：BEGINsemaphore Aempty，Bempty，Afull，Bfull，mutex；Aempty ：= 8；Bempty ：= 20；Afull ：= 0；Bfull ：= 0；mutex ：=1；PARBEGINWorker1：BEGINL1：生产1个车架；P（Aempty）； /测试货架A是否有空位置P（mutex）； /互斥使用货架A车架放到货架A；V（Afull）； /货架A上的车架数增1，必要时唤醒等待的进程
7、V（mutex）；goto L1；ENDWorker2、3：BEGINL2：生产1个车轮；P（Bempty）； /测试货架B是否有空位置P（mutex）； /互斥使用货架B车轮放到货架B；V（Bfull）； /货架B上的车轮数增1，必要时唤醒等待的进程V（mutex）；goto L2；ENDWorker4：BEGINL3：P（Afull）； /测试货架A上是否有车架P（Bfull）；P（Bfull）； /测试货架B上是否有2个车轮P（mutex）；取1个车架；取2个车轮；V（Aempty）； /货架A空位置增1V（Bempty）；V（Bempty）；/货架B空位置增2V（mutex）；组装成一
8、辆自行车；goto L3；ENDPARENDEND3.有两个作业A和B，分别在7:00和8:30到达系统，它们估计的计算时间分别为0.8小时和0.1小时，系统在9:00开始以响应比高者优先算法进行调度。在单道系统中该两个作业被选中时的响应比各为多少？解：9:00时，作业A的响应比=1+2/0.8=3.5作业B的响应比=1+0.5/0.1=6所以9:00时作业调度程序选中作业B9:06作业B结束，调度作业A，此时作业A的响应比=1+2.1/0.8=3.625综上可知，在单道系统中A、B两个作业被选中时的响应比分别为3.625和64.有一个具有两道作业的批处理系统（最多可有两道作业同时装入内存执行
9、），作业调度采用计算时间短的作业优先调度算法，进程调度采用以优先数为基础的抢占式调度算法，今有如下作业序列，作业优先数即为进程优先数，优先数越小优先级越高：作业名到达时间估计运行时间优先数J110 : 1020分钟5J210 : 2030分钟3J310 : 3025分钟4J410 : 5020分钟6列出所有作业进入内存时间及结束时间。（1） 计算平均周转时间。解：先作必要的分析（可在草稿纸上完成，分析过程不计分）：10：10 J1被调入，开始运行10：20 J2进入内存，因优先级高，开始运行 J1运行了10分钟，还剩10分钟，因优先级低，运行态变就绪态10：30 J1继续就绪 J2运行了10分
10、钟，还剩20分钟 J3到达，但不能被调入10：50 J2运行结束，J4到达 调入短作业J4，但因J4优先级比J1低，J1开始继续运行11：00 J1运行结束 J3被调入，因优先级高，开始运行 J4因优先级低，仍就绪11：25 J3运行结束，J4开始运行11：45 J4运行结束（1）各个作业进入主存时间、结束时间和周转时间如下表所示：（6分）作业名提交时间进入时间结束时间周转时间J110：1010：1011：0050J210：2010：2010：5030J310：3011：0011：2555J410：5010：5011：4555（2） 平均周转时间：（50+30+55+55）/4=47.5（mi
11、n）5.有一个多道程序设计系统，采用不可移动的可变分区方式管理主存空间，设主存空间为100K，采用最先适应分配算法分配主存，作业调度采用响应比高者优先算法，进程调度采用时间片轮转算法（即内存中的作业均分CPU时间），今有如下作业序列：作业名提交时间需要执行时间要求主存量J110 : 0040分钟25KJ210 : 1530分钟60KJ310 : 3020分钟50KJ410 : 3525分钟18KJ510 : 4015分钟20K假定所有作业都是计算型作业且忽略系统调度时间。回答下列问题：(1) 列表说明各个作业被装入主存的时间、完成时间和周转时间；(2) 写出各作业被调入主存的顺序；(3) 计算
12、5个作业的平均周转时间。解：先作必要的分析（可在草稿纸上完成，分析过程不计分）：10：00J1到达，被调入内存并开始运行，内存剩75KB10：15J2到达，被调入内存并开始与J1一起运行。J1运行了15分钟，还需执行25分钟。内存剩15KB10：30J3到达，因内存不能满足，不被调入。J1、J2继续运行。10：35J4到达，因内存不能满足，不被调入。此时J1相当于已运行了15+10=25分钟，还需执行15分钟；J2相当于已运行了10分钟，还需执行20分钟。10：40J5到达，因内存不能满足，不被调入。J1、J2继续运行。11：05J1运行结束，J2还需执行5分钟。内存中的2个空闲分区分别是25
13、K和15K，能满足J4或J5需求，但不能满足J3的需要。J4的响应比=1+30/25 =2.2；J5的响应比=1+25/15=2.67，J5被调入内存并与J2一起运行，内存中的空闲分区大小是5KB和15K。11：15J2运行结束，内存中的空闲分区是65KB和15K。J3 的响应比=1+45/20=3.25，J4的响应比=1+40/25=2.6，J3被调入内存与J5一起运行。内存中的空闲分区大小是15KB和15K。J3需执行20分钟，J5还需执行10分钟。11：35J5运行结束，J4调入内存运行。J3还需执行10分钟，J4还需执行25分钟。11：55J3运行结束12：10J4运行结束答：（1）各
14、个作业被装入主存的时间、完成时间和周转时间如下表所示：作业名装入主存时间作业完成时间周转时间J110：0011：0565J210：1511：1560J311：1511：5585J411：3512：1095J511：0511：3555（2）作业被调入主存的顺序为J1，J2，J5，J3，J4。（3）平均周转时间=（65+60+85+95+55）/5=72（分钟）。（3） (北京大学1997年试题)某系统有A,B,C三类资源（数量分别为17，5，20）和P1P5五个进程，在T0时刻系统状态如下表所示：进程最大资源需求量已分配资源数量ABCABCP1559212P2536402P34011405P44
15、25204P5424314系统采用银行家算法实施死锁避免策略,请回答下列问题：T0时刻是否为安全状态？若是，请给出安全序列。在T0时刻若进程P2请求资源（0，3，4），是否能实施资源分配？为什么？在的基础上，若进程P4请求资源（2，0，1），是否能实施资源分配？为什么？解： 由已知条件可得尚需矩阵Need和可用资源向量Avalable如下：Need AvalableA B C A B CP1 3 4 7 2 3 3P2 1 3 4P3 0 0 6P4 2 2 1P5 1 1 0利用银行家算法对此时刻的资源分配情况进行分析如下表：进程WorkNeedAllocationWork+Allocati
16、onFinishP42 3 32 2 12 0 44 3 7trueP24 3 71 3 44 0 28 3 9trueP38 3 90 0 64 0 512 3 14trueP512 3 141 1 03 1 415 4 18trueP115 4 183 4 72 1 217 5 20true从上述分析可知，存在一个安全序列P4，P2，P3，P5，P1，故T0时刻系统是否安全的。 在T0时刻若进程P2请求资源(0，3，4)，不能实施资源分配。因为当前C类资源剩余3个而P2请求4个，客观条件无法满足它的请求，因此不能实施资源分配，P2阻塞。 在的基础上，若进程P4请求资源（2，0，1），可以实
17、施资源分配。因为由可知，P4是安全序列中的第一个进程，只要P4的请求量没有超出它的尚需量，系统满足它的请求后仍处于安全状态，即仍然存在安全序列P4，P2，P3，P5，P1。6.有5个任务A，B，C，D，E，它们几乎同时到达，预计它们的运行时间为10，6，2，4，8min。其优先级分别为3，5，2，1和4，这里5为最高优先级。对于下列每一种调度算法，计算器平均进程周转时间（进程切换开销不考虑）。(1) 先来先服务(按A,B,C,D,E顺序)算法；(2) 优先级调度算法；(3) 时间片轮转算法(设时间片为1min原题无此假设)。解：(1) 采用先来先服务算法时，5个任务在系统中的执行顺序、完成时间
18、及周转时间如下表所示。执行顺序预计运行时间开始执行时间完成时间周转时间A1001010B6101616C2161818D4182222E82230305个进程的平均周转时间为：(10+16+18+22+30)/5=19.2 (min)(2) 采用最高优先级调度算法时，5个任务在系统中的执行顺序、完成时间及周转时间如下表所示。执行顺序预计运行时间优先数开始执行时间完成时间周转时间B65066E8461414A103142424C22242626D412630305个进程的平均周转时间为：(6+14+24+26+30)/5=20 (min)(1) 采用时间片轮转调度算法时，可以认为5个进程均分CP
19、U时间，它们在系统中的执行情况如下：第一轮：A，B，C，D，E （5min）第二轮：A，B，C(C完成，即C的周转时间为8min)，D，E （5min）第三轮：A，B，D，E （4min）第四轮：A，B，D(D完成，即D的周转时间为17min)，E （4min）第五轮：A，B，E （3min）第六轮：A，B(B完成，即B的周转时间为23min)，E （3min）第七轮：A，E （2min）第八轮：A，E(E完成，即E的周转时间为28min) （2min）第九轮：A （1min）第十轮：A(A完成，即A的周转时间为30min) （1min）所以，5个进程的平均周转时间为：(8+17+23+28+
20、30)/5=21.2 (min)7.页式存储管理中，主存空间按页分配，可用一张“位示图”构成主存分配表。假设主存容量为2M字节，页面长度为512字节，若用字长为32位的字作主存分配的“位示图”需要多少个字？如页号从1开始，字号和字内位号（从高位到低位）均从0开始，试问：第2999页对应于何字何位；99字19位又对应于第几页？解：(1) 内存总块数=2MB/512B=4096位示图需要字数=4096/32=128(2) 字号=(2999-1)/32=93位号=(2999-1)%32=22即第2999内存页对应于位示图中93字的22位。(3) 99*32+19+1=3188即位示图99字19位对应
21、于内存的3188页8.某操作系统采用可变分区分配存储管理方法，用户区为512K且始址为0，用空闲分区表管理空闲分区。若分配时采用分配空闲低地址部分的方案，其初始时用户区的512K空间空闲，对下述申请序列：申请300K，申请100K，释放300K，申请150K，申请30K，申请40K，申请60K，释放30K；回答下列问题：（1）采用首次适应算法，空闲分区中有哪些空闲块（给出始址，大小）？（2）采用最佳适应算法，空闲分区中有哪些空闲块（给出始址，大小）？答：(1) (2) 9一个32位地址的计算机系统使用二级页表，虚地址分为10位顶级页表，10位二级页表，其余是页内偏移。试问：(1) 页面长度是多
22、少？(2) 虚拟地址空间有多少个页面？10.在采用页式存储管理的系统中，某作业的逻辑地址空间为4页（每页2048字节），且已知该作业的页表如下表。试借助地址转换图（即要求画出页式存储管理系统地址转换示意图）求出逻辑地址4688所对应的物理地址。页 表页 号内存块号02142639解：逻辑地址4688所在的页号和页内偏移分别为：页号P=4688/2048=2页内偏移W=4688%2048=592从上述地址转换图可知，进行地址转换的步骤如下：（1） 由虚地址计算出页号和页内偏移量；（2） 根据页号和进程的页表首址，查页表，找到对应的页表项，取出帧号(内存块号)；（3） 帧号*页面大小+页内偏移形成
23、物理地址。即6 2048+592=1288011.在一个采用页式虚拟存储管理的系统中，有一用户作业，它依次要访问的字地址序列是：115，228，120，88，446，102，321，432，260，167，若该作业的第0页已经装入主存，现分配给该作业的主存共300字，页的大小为100字，请回答下列问题： （此图类似地4题）（1）按FIFO调度算法将产生的缺页中断次数、依次淘汰的页号和缺页中断率各为多少？（2）按LRU调度算法将产生的缺页中断次数、依次淘汰的页号和缺页中断率各为多少？答：由题目的已知条件，可得页面走向为： 1, 2, 1, 0, 4, 1, 3, 4, 2, 1(1) FIFO的
24、页面置换图如下：页面走向1210413421页帧00004444441111113333222222221是否缺页被淘汰页号012按FIFO调度算法将产生5次缺页中断，依次淘汰的页号为0,1,2，缺页中断率为5/10=50%。(2) LRU算法的页面置换图如下：页面走向1210413421页面队列12104134210121041342002104134是否缺页被淘汰页号2013按LRU调度算法将产生6次缺页中断，依次淘汰的页号为2,0,1,3，缺页中断率为6/10=60%。12.某系统对主存采用页式管理，供用户使用的主存区域共640K字节，被分成160块，块号为0，1，159。现有一作业的地址空间共占4页，其页号为0, 1, 2, 3，被分配到主存的第2，4，1，5块中。请回答： (1) 作业每一页的长度为多少字节？ (2) 写出该作业被装入主存时，其对应的页表。 (3) 把该作业的每一页在主存中的起始地址(用16进制表示)填在下表中：页号起始地址0123解：(1) 作业每一页的长度为4K字节(2) 该作业被装入主存时，其对应的页表为逻辑页号主存块号02142135(3) 该作业的每一页在主存中的起始地址(用16进制表示)如下表所示。页号起始地址02000H14000H21000H35000H
