操作系統(tǒng)課后練習(xí)精選答案解析

./什么是操作系統(tǒng)？它的主要功能是什么？答：操作系統(tǒng)是用來(lái)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件資源,合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程,以方便用戶(hù)使用的程序集合；其主要功能有進(jìn)程管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理和文件管理功能。什么是分時(shí)系統(tǒng)？什么是實(shí)時(shí)系統(tǒng)？試從交互性、及時(shí)性、獨(dú)立性、多路性和可靠性幾個(gè)方面比較分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)。答：分時(shí)系統(tǒng)：一個(gè)計(jì)算機(jī)和許多終端設(shè)備連接,每個(gè)用戶(hù)可以通過(guò)終端向計(jì)算機(jī)發(fā)出指令,請(qǐng)求完成某項(xiàng)工作,在這樣的系統(tǒng)中,用戶(hù)感覺(jué)不到其他用戶(hù)的存在,好像獨(dú)占計(jì)算機(jī)一樣。實(shí)時(shí)系統(tǒng)：對(duì)外部輸入的信息,實(shí)時(shí)系統(tǒng)能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)處理完畢并作出反應(yīng)。比較：〔1交互性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)具有交互性,但人與系統(tǒng)的交互,僅限于訪問(wèn)系統(tǒng)中某些特定的專(zhuān)用服務(wù)程序。它不像分時(shí)系統(tǒng)那樣向終端用戶(hù)提供數(shù)據(jù)處理、資源共享等服務(wù)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的交互性要求系統(tǒng)具有連續(xù)人機(jī)對(duì)話的能力,也就是說(shuō),在交互的過(guò)程中要對(duì)用戶(hù)得輸入有一定的記憶和進(jìn)一步的推斷的能力?！?及時(shí)性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)及時(shí)性的要求與分時(shí)系統(tǒng)類(lèi)似,都以人們能夠接受的等待時(shí)間來(lái)確定。而分時(shí)系統(tǒng)則對(duì)及時(shí)性要求更高。〔3獨(dú)立性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)一樣具有獨(dú)立性。每個(gè)終端用戶(hù)提出請(qǐng)求時(shí),是彼此獨(dú)立的工作、互不干擾?！?多路性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)一樣具有多路性。操作系統(tǒng)按分時(shí)原則為多個(gè)終端用戶(hù)提供服務(wù),而對(duì)于實(shí)時(shí)系統(tǒng),其多路性主要表現(xiàn)在經(jīng)常對(duì)多路的現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集以及對(duì)多個(gè)對(duì)象或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。〔5可靠性：分時(shí)系統(tǒng)雖然也要求可靠性,但相比之下,實(shí)時(shí)系統(tǒng)則要求系統(tǒng)高度可靠。9.設(shè)內(nèi)存中有三道程序,A,B,C,他們按A→B→C的先后次序執(zhí)行,它們進(jìn)行"計(jì)算"和"I/O操作"的時(shí)間如表1-2所示,假設(shè)三道程序使用相同的I/O設(shè)備。表1-2三道程序的操作時(shí)間試畫(huà)出單道運(yùn)行時(shí)三道程序的時(shí)間關(guān)系圖,并計(jì)算完成三道程序要花多少時(shí)間?？倳r(shí)間=20+30+10+30+50+20+10+20+10=200試畫(huà)出多道運(yùn)行時(shí)三道程序的時(shí)間關(guān)系圖,并計(jì)算完成三道程序要花多長(zhǎng)時(shí)間?？倳r(shí)間=130第二章假設(shè)系統(tǒng)就緒隊(duì)列中有10個(gè)進(jìn)程,這10個(gè)進(jìn)程輪換執(zhí)行,每隔300ms輪換一次,CPU在進(jìn)程切換時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間是10ms,試問(wèn)系統(tǒng)化在進(jìn)程切換上的開(kāi)銷(xiāo)占系統(tǒng)整個(gè)時(shí)間的比例是多少？答：因?yàn)槊扛?00ms換一次進(jìn)程,且每個(gè)進(jìn)程切換時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間是10ms,則系統(tǒng)化在進(jìn)程切換上的開(kāi)銷(xiāo)占系統(tǒng)整個(gè)時(shí)間的比例是10/〔300+10=3.2%試述線程的特點(diǎn)及其與進(jìn)程之間的關(guān)系。答：〔1特點(diǎn)：線程之間的通信要比進(jìn)程之間的通信方便的多；同一進(jìn)程內(nèi)的線程切換也因?yàn)榫€程的輕裝而方便的多。同時(shí)線程也是被獨(dú)立調(diào)度的分配的；〔2線程與進(jìn)程的關(guān)系：線程和進(jìn)程是兩個(gè)密切相關(guān)的概念,一個(gè)進(jìn)程至少擁有一個(gè)線程,進(jìn)程根據(jù)需要可以創(chuàng)建若干個(gè)線程。線程自己基本上不擁有資源,只擁有少量必不可少的資源〔線程控制塊和堆棧根據(jù)圖2-18,回答以下問(wèn)題。進(jìn)程發(fā)生狀態(tài)變遷1、3、4、6、7的原因。答：1表示操作系統(tǒng)把處于創(chuàng)建狀態(tài)的進(jìn)程移入就緒隊(duì)列；3表示進(jìn)程請(qǐng)求I/O或等待某事件；4表示進(jìn)程用行的時(shí)間片用完；6表示I/O完成或事件完成；7表示進(jìn)程完成。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,這種變遷稱(chēng)為因果變遷。下述變遷是否為因果變遷：3~2,4~5,7~2,3~6,是說(shuō)明原因。答：3→2是因果變遷,當(dāng)一個(gè)進(jìn)程從運(yùn)行態(tài)變?yōu)樽枞麘B(tài)時(shí),此時(shí)CPU空閑,系統(tǒng)首先到高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中選擇一個(gè)進(jìn)程。4→5是因果變遷,當(dāng)一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行完畢時(shí),此時(shí)CPU空閑,系統(tǒng)首先到高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中選擇進(jìn)程,但如果高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為空,則從低優(yōu)先隊(duì)列中選擇一個(gè)進(jìn)程。7→2是因果變遷,當(dāng)一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行完畢時(shí),CPU空閑,系統(tǒng)首先到高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中選擇一個(gè)進(jìn)程。3→6不是因果變遷。一個(gè)進(jìn)程阻塞時(shí)由于自身的原因而發(fā)生的,和另一個(gè)進(jìn)程等待的時(shí)間到達(dá)沒(méi)有因果關(guān)系。根據(jù)此進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,說(shuō)明該系統(tǒng)CPU調(diào)度的策略和效果。答：當(dāng)進(jìn)程調(diào)度時(shí),首先從高優(yōu)先級(jí)就緒隊(duì)列選擇一個(gè)進(jìn)程,賦予它的時(shí)間片為100ms。如果高優(yōu)先級(jí)就緒隊(duì)列為空,則從低優(yōu)先級(jí)就緒隊(duì)列選擇進(jìn)程,并且賦予該進(jìn)程的時(shí)間片為500ms。這種策略一方面照顧了短進(jìn)程,一個(gè)進(jìn)程如果在100ms運(yùn)行完畢它將退出系統(tǒng),更主要的是照顧了I/O量大的進(jìn)程,進(jìn)程因I/O進(jìn)入阻塞隊(duì)列,當(dāng)I/O完成后它就進(jìn)入了高優(yōu)先級(jí)就緒隊(duì)列,在高優(yōu)先級(jí)就緒隊(duì)列等待的進(jìn)程總是優(yōu)于低優(yōu)先級(jí)就緒隊(duì)列的進(jìn)程。而對(duì)于計(jì)算量較大的進(jìn)程,它的計(jì)算如果在100ms的時(shí)間內(nèi)不能完成,它將進(jìn)入低優(yōu)先級(jí)就緒隊(duì)列,在這個(gè)隊(duì)列的進(jìn)程被選中的機(jī)會(huì)要少,只有當(dāng)高優(yōu)先級(jí)就緒隊(duì)列為空,才從低優(yōu)先級(jí)就緒隊(duì)列選擇進(jìn)程,但對(duì)于計(jì)算量大的進(jìn)程,系統(tǒng)給予的適當(dāng)照顧時(shí)間片增大為500ms?；卮鹨韵聠?wèn)題。若系統(tǒng)中沒(méi)有運(yùn)行進(jìn)程,是否一定沒(méi)有就緒進(jìn)程？為什么？答：是,因?yàn)楫?dāng)CPU空閑時(shí),系統(tǒng)就會(huì)在就緒隊(duì)列里調(diào)度進(jìn)程,只有當(dāng)就緒隊(duì)列為空時(shí),系統(tǒng)中才沒(méi)有運(yùn)行程序。若系統(tǒng)中既沒(méi)有運(yùn)行進(jìn)程,也沒(méi)有就緒進(jìn)程,系統(tǒng)中是否就沒(méi)有阻塞進(jìn)程？解釋。答：不一定,當(dāng)運(yùn)行的程序都因?yàn)檎?qǐng)求I/O或等待事件時(shí)而進(jìn)入阻塞,系統(tǒng)中就沒(méi)有就緒進(jìn)程。如果系統(tǒng)采用優(yōu)先級(jí)調(diào)度策略,運(yùn)行的進(jìn)程是否一定是系統(tǒng)中優(yōu)先級(jí)最高的進(jìn)程？為什么？答：不一定,若優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程進(jìn)入阻塞狀態(tài)時(shí),而且優(yōu)先級(jí)高的就緒隊(duì)列里沒(méi)有等待的進(jìn)程,這時(shí)就會(huì)調(diào)度優(yōu)先級(jí)低的就緒隊(duì)列的進(jìn)程。假如有以下程序段,回答下面的問(wèn)題。S1:a=3-x;S2:b=2*a;S3:c=5+a;并發(fā)程序執(zhí)行的Bernstein條件是什么？答：若P1與P2R并發(fā)執(zhí)行,當(dāng)且僅當(dāng) R<P1>∩W<P2>∪R<P2>∩W<P1>∪W<P1>∩W<P2>={}時(shí)才滿(mǎn)足。試畫(huà)圖表示它們執(zhí)行時(shí)的先后次序。利用Bernstein條件證明,S1、S2和S3哪兩個(gè)可以并發(fā)執(zhí)行,哪兩個(gè)不能。答：R<s1>={x},W<s1>={a};R<s2>={a},W<s2>=;R<s3>={a},W<s3>={c};<1>.R<s1>∩W<s2>∪R<s2>∩W<s1>∪W<s1>∩W<s2>={a},則s1與s2不能并發(fā)執(zhí)行；<2>.R<s1>∩W<s3>∪R<s3>∩W<s1>∪W<s1>∩W<s3>={a},則s1與s3不能并發(fā)執(zhí)行；<3>.R<s2>∩W<s3>∪R<s3>∩W<s2>∪W<s2>∩W<s3>={},則s2與s3可以并發(fā)執(zhí)行。第三章設(shè)有一個(gè)售票大廳,可容納200人購(gòu)票。如果廳內(nèi)不足200人則允許進(jìn)入,超過(guò)則在廳外等候；售票員某時(shí)只能給一個(gè)購(gòu)票者服務(wù),購(gòu)票者買(mǎi)完票后就離開(kāi)。試問(wèn)：購(gòu)票者之間是同步關(guān)系還是互斥關(guān)系？答：互斥關(guān)系。用P、V操作描述購(gòu)票者的工作過(guò)程。semaphoreempty=200;semaphoremutex=1;semaphorewaiting=0；voidbuy<>{p<waiting>; p<mutex>; 買(mǎi)票； v<mutex>; v<empty>;}voidwaiting<>{ p<empty>; 等待； waiting++;}有4個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3、P4共享一個(gè)緩沖區(qū),進(jìn)程P1向緩沖區(qū)存入消息,進(jìn)程P2、P3、P4從緩沖區(qū)中取消息,要求發(fā)送者必須等三個(gè)進(jìn)程都取過(guò)本消息后才能發(fā)送下調(diào)消息。緩沖區(qū)內(nèi)每次只能容納一個(gè)消息,用P、V操作描述四個(gè)進(jìn)程存取消息的情況。答：semaphorep1=0；semaphorep2,p3,p4=1；semaphorecout=0；semaphoremutex=1；voidmain〔{P<p2>；P<p3>；P<4>；V<cout>；}writep1<>{P〔p1；P<metux>；P<cout>；存入消息；V<p1>；V<metux>；}Readp2<>{P<mutex>；P<p1>；讀消息；V<p1>；V<p2>；V<metux>；}Readp3<>{P<mutex>；P<p1>；讀消息；V<p1>；V<p3>；V<metux>；}Readp4<>{P<mutex>；P<p1>；讀消息；V<p1>；V<p4>；V<metux>；}分析生產(chǎn)者——消費(fèi)者問(wèn)題中多個(gè)P操作顛倒引起的后果。答：semaphoremutex=1；semaphoreempty=n；semaphorefull=0；inti,j；ITEMbuffer[n];ITEMdata_p,data_c;voidproducer<>/*生產(chǎn)者進(jìn)程*/voidconsumer<>/*消費(fèi)者進(jìn)程*/{while<true>{while<true>{{P<mutex>;P<mutex>;P<full>;P<empty>;data_c=buffer[j];buffer[i]=data_p;j=<j+1>%n;i=<i+1>%n;V<mutex>;V<mutex>;V<empty>;V<full>;}}}}若把生產(chǎn)者進(jìn)程的P操作顛倒,消費(fèi)者進(jìn)程的P操作顛倒〔如圖,則生產(chǎn)者進(jìn)程執(zhí)行到V<mutex>時(shí),消費(fèi)者就可以執(zhí)行P<mutex>但由于full=0,消費(fèi)者進(jìn)程不可執(zhí)行P<full>;當(dāng)生產(chǎn)者進(jìn)程執(zhí)行完V<full>后,full=1,但由于mutex=0,消費(fèi)者進(jìn)程無(wú)法執(zhí)行,造成死鎖。第四章系統(tǒng)中有5個(gè)資源被4個(gè)進(jìn)程所共享,如果每個(gè)進(jìn)程最多需要2個(gè)這種資源,試問(wèn)系統(tǒng)是否會(huì)產(chǎn)生鎖死？答：不會(huì)產(chǎn)生死鎖；因?yàn)橐驗(yàn)橘Y源數(shù)可以滿(mǎn)足進(jìn)程的需要,當(dāng)其中的一個(gè)進(jìn)程爭(zhēng)取到剩下的一個(gè)資源可以執(zhí)行,當(dāng)執(zhí)行完成以后會(huì)釋放資源,供其他進(jìn)程使用,所以不會(huì)產(chǎn)生死鎖。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有8臺(tái)磁帶機(jī),由N個(gè)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)使用,每個(gè)進(jìn)程最多需要3臺(tái)。問(wèn)：N為多少時(shí),系統(tǒng)沒(méi)有死鎖的危險(xiǎn)？答：當(dāng)n為1、2、3時(shí),沒(méi)有死鎖的危險(xiǎn)；因?yàn)楫?dāng)n小于3時(shí),每個(gè)進(jìn)程分配2臺(tái)磁帶機(jī),還有磁帶機(jī)剩余,那么當(dāng)其中的一個(gè)進(jìn)程得到剩余的磁帶機(jī)則可運(yùn)行,運(yùn)行結(jié)束后會(huì)釋放磁帶機(jī),供其他進(jìn)程使用,系統(tǒng)不會(huì)有死鎖的危險(xiǎn)；當(dāng)n為4時(shí),每臺(tái)分配2臺(tái)時(shí)沒(méi)有剩余,則會(huì)產(chǎn)生死鎖,當(dāng)大于5時(shí)同樣會(huì)死鎖。系統(tǒng)有5個(gè)進(jìn)程,它們的到達(dá)時(shí)間和服務(wù)時(shí)間如表4-8所示。新進(jìn)程〔沒(méi)有運(yùn)行過(guò)與老進(jìn)程〔運(yùn)行過(guò)的進(jìn)程的條件相同時(shí),假定系統(tǒng)選新進(jìn)程運(yùn)行。表4-8進(jìn)程情況進(jìn)程名到達(dá)時(shí)間服務(wù)時(shí)間A03B26C44D65E82若按先來(lái)先服務(wù)〔FCFS、時(shí)間片輪法〔時(shí)間片q=1、短進(jìn)程優(yōu)先〔SPN、最短剩余時(shí)間優(yōu)先〔SRT,時(shí)間片q=1、響應(yīng)比高者優(yōu)先〔HRRN及多級(jí)反饋隊(duì)列〔MFQ,第一個(gè)隊(duì)列的時(shí)間片為1,第i〔i>1個(gè)隊(duì)列的時(shí)間片q=2〔i-1算法進(jìn)行CPU調(diào)度,請(qǐng)給出各個(gè)進(jìn)程的完成時(shí)間、周轉(zhuǎn)時(shí)間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間,及所有的進(jìn)程的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間。答：設(shè)系統(tǒng)中有5個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3、P4、P5,有3種類(lèi)型的資源A、B、C,其中A資源的數(shù)量是17,B資源的數(shù)量是5,C資源的數(shù)量是20,T0時(shí)刻系統(tǒng)狀態(tài)如表4-9所示。表4-9T0時(shí)刻系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)程已分配資源數(shù)量最大資源需求量仍然需求資源數(shù)ABCABCABCP1212559347P2402536134P34054011006P4204425221P5314424110計(jì)算每個(gè)進(jìn)程還可能需要的資源,并填入表的"仍然需要資源數(shù)"的欄目。T0時(shí)刻系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)？為什么？答：處于安全狀態(tài),因?yàn)樾蛄?lt;p4,p2,p3,p5,p1>是一個(gè)安全狀態(tài)。如果T0時(shí)刻進(jìn)程P2又有新的資源請(qǐng)求〔0,3,4,是否實(shí)施資源分配？為什么？答：不實(shí)施資源分配,因?yàn)閷⑺匈Y源都分配給p2時(shí),p2的C是5,不能夠運(yùn)行,進(jìn)入死鎖。如果T0時(shí)刻,若進(jìn)程P4又有新的資源請(qǐng)求〔2,0,1,是否實(shí)施資源分配？為什么？答：實(shí)施；因?yàn)閜4請(qǐng)求資源后,存在安全狀態(tài)。在〔4的基礎(chǔ)上,若進(jìn)程P1又有新的資源請(qǐng)求〔0,2,0,是否實(shí)施資源分配？為什么？答：不實(shí)施；第五章在系統(tǒng)中采用可變分區(qū)存儲(chǔ)管理,操作系統(tǒng)占用低地址部分的126KB,用戶(hù)區(qū)的大小是386KB,采用空閑分區(qū)表管理空閑分區(qū)。若分配時(shí)從高地址開(kāi)始,對(duì)于下述的作業(yè)申請(qǐng)序列：作業(yè)1申請(qǐng)80KB；作業(yè)2申請(qǐng)56KB；作業(yè)3申請(qǐng)120KB；作業(yè)1完成；作業(yè)3完成；作業(yè)4申請(qǐng)156KB；作業(yè)5申請(qǐng)80KB。使用首次適應(yīng)法處理上述作業(yè),并回答以下問(wèn)題。畫(huà)出作業(yè)1、2、3進(jìn)入內(nèi)存后,內(nèi)存的分布情況。答：畫(huà)出作業(yè)1、3完成后,內(nèi)存的分布情況。答：畫(huà)出作業(yè)4、5進(jìn)入內(nèi)存后,內(nèi)存的分布情況。答某系統(tǒng)采用頁(yè)式存儲(chǔ)管理策略,某進(jìn)程的邏輯地址空間為32頁(yè),頁(yè)的大小為2KB,物理地址空間的大小是4MB。寫(xiě)出邏輯地址的