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操作系统第五版费祥林.docx

发布时间：2022-06-23 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.94M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    第一章 操作系统概论 1、有一台计算机，具有 IMB 内存，操作系统占用 200KB ，每个用户进程各占 200KB 。如果用户进程等待 I/O 的时间为 80 % ，若增加 1MB 内存，则 CPU 的 利用率提高多少？ 答：设每个进程等待 I/O 的百分比为 P ，则 n 个进程同时等待刀 O 的概率是 Pn ，当 n 个进程同时等待 I/O 期间 CPU 是空闲的，故 CPU 的利用率为 1-Pn。 由题意可知，除去操作系统，内存还能容纳 4 个用户进程，由于每个用户进程 等待 I/O 的时间为 80 % , 故： CPU 利用率＝l-（80%)4 = 0.59 若再增加 1MB 内存，系统中可同时运行 9 个用户进程，此时：cPu 利用率＝l- （1-80%)9 = 0.87 故增加 IMB 内存使 CPU 的利用率提高了 47 % : 87 ％/59 ％=147 % 147 ％-100 % = 47 % 2 一个计算机系统，有一台输入机和一台打印机，现有两道程序投入运行，且程 序 A 先开始做，程序 B 后开始运行。程序 A 的运行轨迹为：计算 50ms 、打印 100ms 、再计算 50ms 、打印 100ms ，结束。程序 B 的运行轨迹为：计算 50ms 、 输入 80ms 、再计算 100ms ，结束。试说明（1 ）两道程序运行时，CPU 有无空 闲等待？若有，在哪段时间内等待？为什么会等待？( 2 ）程序 A 、B 有无等 待 CPU 的情况？若有，指出发生等待的时刻。 答：画出两道程序并发执行图如下： （1）两道程序运行期间，CPU 存在空闲等待，时间为 100 至 150ms 之间（见图 中有色部分） （2）程序 A 无等待现象，但程序 B 有等待。程序 B 有等待时间段为 180rns 至 200ms 间（见图中有色部分） 3 设有三道程序，按 A 、B 、C 优先次序运行，其内部计算和 UO 操作时间由图 给出。
    试画出按多道运行的时间关系图（忽略调度执行时间）。完成三道程序共花多少 时间？比单道运行节省了多少时间？若处理器调度程序每次进行程序转换化时 lms , 试画出各程序状态转换的时间关系图。 答： 1 ）忽略调度执行时间,多道运行方式（抢占式）: 抢占式共用去 190ms ，单道完成需要 260ms ，节省 70ms 。 忽略调度执行时间，多道运行方式（非抢占式）: ? 非抢占式共用去 180ms ，单道完成需要 260ms ，节省 80ms 。 2 ）调度执行时间 1ms , 多道运行方式（抢占式）: 调度执行时间 ITns ，多道运行方式（非抢占式）: 4 在单 CPU 和两台 I/O( I1 , 12 ）设备的多道程序设计环境下，同时投入三个 作业运行。它们的执行轨迹如下： Jobl : I2 ( 30ms ）、CPU ( 10ms ）、I1 ( 30ms ）、CPU ( 10ms ）、I2 ( 20ms ) Job2 : I1 ( 20ms ）、CPU ( 20ms ）、I2 ( 40 ms )
    JOb3 : CPU ( 30ms ）、I1 ( 20ms ）、CPU ( 10ms ）、I1 ( 10ms ) 如果 CPU 、I1 和 I2 都能并行工作，优先级从高到低为 Jobl 、Job2 和 Job3 ， 优先级高的作业可以抢占优先级低的作业的 CPU ，但不抢占 I1 和 I2 。试求： ( l ）每个作业从投入到完成分别所需的时间。（2 ）从投入到完成 CPU 的利 用率。（3 ）I2 设备利用率。 答：画出三个作业并行工作图如下（图中着色部分为作业等待时间）: , ( 1 ) Job1 从投入到运行完成需 110ms , Job2 从投入到运行完成需 90ms , Job3 从投入到运行完成需 110ms. CPU 空闲时间段为：60ms 至 70ms , 80ms 至 90ms , 100ms 至 110ms 。所以 CPU 利用率为（110-30）/10 = 72.7 ％。 设备 I1 空闲时间段为：20ms 至 40ms , 90ms 至 100ms,故 I1 的利用率为 (110-30)/l10 = 72 . 7 ％。 设备 I2 空闲时间段为：30ms 至 50ms，故 I2 的利用率为(110-20) / 110 = 81.8 ％。 5 在单 CPU 和两台 I/O( I1 , 12 ）设备的多道程序设计环境下，同时投入三个 作业运行。它们的执行轨迹如下： Jobl : I2 ( 30ms ）、CPU ( 10rns ）、I1 ( 30ms ）、CPU ( 10ms ) Job2 : I1 ( 20ms ）、CPU ( 20ms ）、I2 ( 40ms ) Job3 : CPU ( 30ms ）、I1 ( 20ms ) 如果 CPU 、I1 和 I2 都能并行工作，优先级从高到低为 Job1 、Job2 和 Job3 ， 优先级高的作业可以抢占优先级低的作业的 CPU 。 试求：( l ）每个作业从投入到完成分别所需的时间． ( 2 ）每个作业投入到完成 CPU 的利用率。 （3 ）I/0 设备利用率。 答：画出三个作业并行工作图如下（图中着色部分为作业等待时间）:
    ( 1 ) Job1 从投入到运行完成需 80ms , Job2 从投入到运行完成需 90ms , Job3 从投入到运行完成需 90ms 。 ( 2 ) CPU 空闲时间段为：60ms 至 70ms , 80ms 至 90ms 。所以 CPU 利用率为 ( 90-20 ) / 90 = 77.78 ％。 ( 3 ）设备 I1 空闲时间段为：20ms 至 40ms ，故 I1 的利用率为（90-20 ) / 90 = 77 . 78 ％。设备 I2 空闲时间段为：30ms 至 50ms ，故 I2 的利用率为（90-20 ) / 90=77.78 ％。 6 若内存中有 3 道程序 A 、B 、C ，它们按 A 、B 、C 优先次序运行。各程序 的计算轨迹为： A ：计算（20 ）、I/O( 30 ）、计算（10 ) B ：计算（40 ）、I/O( 20 ）、计算（10 ) c ：计算（10 ）、I/O ( 30 ）、计算（20 ) 如果三道程序都使用相同设备进行 I/O（即程序用串行方式使用设备，调度开销 忽略不计）。试分别画出单道和多道运行的时间关系图。两种情况下，CPU 的平 均利用率各为多少？ 答：分别画出单道和多道运行的时间图 ( 1 ）单道运行时间关系图 单道总运行时间为 190ms 。CPU 利用率为（190-80 ）/190 = 57.9 % 单道运行时间关系图
    多道总运行时间为 140ms 。CPU 利用率为（140-30 ) / 140 = 78.6 % 7 若内存中有 3 道程序 A 、B 、C ，优先级从高到低为 A 、B 和 C ，它们单独 运行时的 CPU 和 I/O 占用时间为： 如果三道程序同时并发执行，调度开销忽略不计，但优先级高的程序可中断优先 级低的程序，优先级与 I/O 设备无关。试画出多道运行的时间关系图，并问最 早与最迟结束的程序是哪个？每道程序执行到结束分别用了多少时间？计算三 个程序全部运算结束时的 CPU 利用率？ 答：画出三个作业并发执行的时间图： ( l ）最早结束的程序为 B ，最后结束的程序为 C 。 ( 2 ）程序 A 为 250ms 。程序 B 为 220ms 。程序 C 为 310ms 。 ( 3 ) CPU 利用率为（310 -120 ) / 310 = 61.3 % 有两个程序，A 程序按顺序使用：( CPU)10 秒、（设备甲）5 秒、（CPU）5 秒、 （设备乙）10 秒、（CPU）10 秒。B 程序按顺序使用：（设备甲）10 秒、（CPU） 10 秒、（设备乙）5 秒、( CPU)5 秒、（设备乙）10 秒。在顺序环境下先执行 A ，再执行 B ，求出总的 CPU 利用率为多少？
    答：程序 A 执行了 40 秒，其中 CPU 用了 25 秒。程序 B 执行了 40 秒，其中 CPU 用了 15 秒。两个程序共用了 80 秒，CPU 化 40 秒。故 CPU 利用率为 40/80 =50 ％。 9、在某计算机系统中，时钟中断处理程序每次执行的时间为 2ms （包括进程切 换开销）。若时钟中断频率为 60HZ ，试问 CPU 用于时钟中断处理的时间比率为 多少？ 答：因时钟中断频率为 60HZ ，所以，时钟周期为：l / 60s = 50/3ms 。在每个时钟周期中， CPU 花 2ms 执行中断任务。所以，CPU 用于时钟中断处理的时间比率为：2(50/3)=6/50 = 12％。 第二章 处理器管理 1.下列指令中哪些只能在核心态运行？ (l）读时钟日期；(2）访管指令；(3）设时钟日期；(4）加载 PSW; (5）置特殊 寄存器：(6）改变存储器映象图；(7）启动 I/O 指令。 答：( 3 ) , ( 4 ) , ( 5 ) , ( 6 ) , ( 7 ) . 2 假设有一种低级调度算法是让“最近使用处理器较少的进程”运行，试解释这 种算法对“I/O 繁重”型作业有利，但并不是永远不受理“处理器繁重”型作业。 答：因为 I/O 繁忙型作业忙于 I/O，所以它 CPU 用得少，按调度策略能优先执行。 同样原因一个进程等待 CPU 足够久时，由于它是“最近使用处理器较少的进程”， 就能被优先调度，故不会饥饿。 3 并发进程之间有什么样的相互制约关系？下列日常生活中的活动是属哪种制 约关系：(1）踢足球，(2）吃自助餐，(3）图书馆借书，(4）电视机生产流水线 工序。 答：并发进程之间的基本相互制约关系有互斥和同步两种。其中（1）、（3）为 互斥问题．(2）、(4）为同步问题。 4 在按动态优先数调度进程的系统中，每个进程的优先数需定时重新计算。在处 理器不断地在进程之间交替的情况下，重新计算进程优先数的时间从何而来？ 答：许多操作系统重新计算进程的优先数在时钟中断处理例程中进行，由于中断 是随机碰到哪个进程，就插入哪个进程中运行处理程序，并把处理时间记在这个 进程的账上。 5 若后备作业队列中等待运行的同时有三个作业 J1 、J2、J3 ，已知它们各自 的运行时间为 a 、b 、c，且满足 a < b ＜c，试证明采用短作业优先算法调度 能获得最小平均作业周转时间。 答：采用短作业优先算法调度时，三个作业的总周转时间为： Tl = = a + ( a +b ) + ( a + b + c ) = 3a + 2b + c ① 若不按短作业优先算法调度，不失一般性，设调度次序为：J2 、J1 、J3 。则 三个作业的总周转时间为： T2=b＋(b＋a ) ＋(b＋a + c ) = 3b + 2a + c ② 令②-① 式得到：
    T2 - Tl = b- a> 0 可见，采用短作业优先算法调度才能获得最小平均作业周转时间。 6、若有一组作业 J1 ，… ，Jn ，其执行时间依次为 S1 ，… , Sn 。如果这些 作业同时到试找出一种作业调度算法到达系统，并在一台单 CPU 处理器上按单 道方式执行。使得平均作业周转时间最短。 答：首先，对 n 个作业按执行时间从小到大重新进行排序，则对 n 个作业：J1 ' ，… ，Jn , 创门的运行时间满足：S1≤S2 ≤……≤S (n-l ) ≤ Sn ’。那 么有： 由于任何调度方式下，S1' + S2' + S3'＋…＋Sn’为一个确定的数，而当 S1 ’ ≤S2 ’≤…≤ S( n - 1 ) ’≤Sn ’时才有：0*S1+1*S2+2*S3+…（n-1）Sn 的值最大，也就是说，此时 T 值最小。所以，按短作业优先调度算法调度时， 使得平均作业周转时间最短。 7、 假定执行表中所列作业，作业号即为到达顺序，依次在时刻 0 按次序 1 、2 、 3 、4 、5 进入单处理器系统。 （1）分别用先来先服务调度算法、时间片轮转算法、短作业优先算法及非强占 优先权调度算法算出各作业的执行先后次序（注意优先权高的数值小）; （2）计算每种情况下作业的平均周转时间和平均带权周转时间。 ( 1 ）采用 FCFS 算法调度作业，运作情况： ( 2 ）采用双算法调度作业，若令时间片长＝l ，各作业执行情况为：1 、2 、 3 、4 、5 、l 、3 、5 、1 、5 、1 、5 、1 、5 、1 、l 、l 、1 、1 。
    ( 3 ）采用 SJF 算法调度作业，运作情况： ( 4 ）采用非剥夺优先权算法调度作业，运作情况： 8 对某系统进行监测后表明平均每个进程在 I/O 阻塞之前的运行时间为 T 。一 次进程‘切换的系统开销时间为 S 。若采用时间片长度为 Q 的时间片轮转法， 对下列各种情况算出 CPU 利用率。 9 有 5 个待运行的作业，各自预计运行时间分别是：9 、6 、3 、5 和 x ，采 用哪种运行次序使得平均响应时间最短？ 答：按照最短作业优先的算法可以使平均响应时间最短。x 取值不定，按照以下 情况讨论：
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