南京郵電大學(xué)操作技巧系統(tǒng)課后習(xí)題集標(biāo)準(zhǔn)答案

《操作系統(tǒng)教程》南郵正式版第三章進(jìn)程管理與調(diào)度習(xí)題1、什么是多道程序設(shè)計(jì)?多道程序設(shè)計(jì)利用了系統(tǒng)與外圍設(shè)備的并行工作能力，從而提高工作效率，具體表現(xiàn)在哪些方面?讓多個(gè)計(jì)算問題同時(shí)裝入一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存儲器并行執(zhí)行，這種設(shè)計(jì)技術(shù)稱“多道程序設(shè)計(jì)”,這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱“多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)”或簡稱“多道系統(tǒng)”。在多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，主存儲器中同時(shí)存放了多個(gè)作業(yè)的程序。為避免相互干擾，必須提供必要的手段使得在主存儲器中的各道程序只能訪問自己的區(qū)域。提高工作效率，具體表現(xiàn)在：●充分利用外圍設(shè)備資源：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置多種外圍設(shè)備，采用多道程序設(shè)計(jì)并行工作時(shí)，可以將使用不同設(shè)備的程序搭配在一起同時(shí)裝入主存儲器，使得系統(tǒng)中各外圍設(shè)備經(jīng)常處于忙碌狀態(tài)，系統(tǒng)資源被充分利用；●發(fā)揮了處理器與外圍設(shè)備以及外圍設(shè)備之間的并行工作能力；從總體上說，采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后，可以有效地提高系統(tǒng)中資源的利用率，增加單位時(shí)間內(nèi)的算題量，從而提高了吞吐率。2、請描述進(jìn)程的定義和屬性。進(jìn)程是具有獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng)，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配、調(diào)度和保護(hù)的獨(dú)立單位。3、請描述進(jìn)程與程序的區(qū)別及關(guān)系。程序是靜止的，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的。進(jìn)程包括程序和程序處理的對4、進(jìn)程有哪三種基本狀態(tài)?三種進(jìn)程狀態(tài)如何變化?.等待態(tài);等待某個(gè)事件的完成；·就緒態(tài):等待系統(tǒng)分配處理器以便運(yùn)行；.運(yùn)行態(tài):占有處理器正在運(yùn)行。5、進(jìn)程控制塊是什么，有何作用?通常進(jìn)程控制塊包含哪些信息?·(1)記錄進(jìn)程的有關(guān)信息，以便操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度程序?qū)M(jìn)程進(jìn)行調(diào)度。這些信息包括標(biāo)志信息、說明信息、現(xiàn)場信息和管理信息等；●(2)標(biāo)志進(jìn)程的存在，進(jìn)程控制塊是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志6、什么是可再入程序?(1)什么是可再入程序。一個(gè)能被多個(gè)用戶同時(shí)調(diào)用的程序稱做”可再入“的程序。(2)可再入程序的性質(zhì)?！窨稍偃氤绦虮仨毷羌兇a，在執(zhí)行時(shí)自身不改變；●一個(gè)可再入程序要求調(diào)用者提供工作區(qū)，以保證程序以同樣方式為各用戶服務(wù)。編譯程序和操作系統(tǒng)程序通常都是"可再入"程序，能同時(shí)被不同用戶調(diào)用而構(gòu)成不同的進(jìn)程。7、闡述進(jìn)程調(diào)度的常用算法：先來先服務(wù)、優(yōu)先數(shù)法、輪轉(zhuǎn)法?！粝葋硐确?wù)調(diào)度算法該算法按進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列的先后次序選擇可以占用處理器的進(jìn)程。·優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法對每個(gè)進(jìn)程確定一個(gè)優(yōu)先數(shù)，該算法總是讓優(yōu)先數(shù)最高的進(jìn)程先使用處理器。對具有相同優(yōu)先數(shù)的進(jìn)程，再采用先來先服務(wù)的次序分配處理器。系統(tǒng)常以任務(wù)的緊迫性和系統(tǒng)效率等因素確定進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)。進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)可以固定的，也可隨進(jìn)程執(zhí)行過程動(dòng)態(tài)變化。一個(gè)高優(yōu)先數(shù)的進(jìn)程占用處理器后，系統(tǒng)處理該進(jìn)程時(shí)有兩種方法，一是"非搶占式",另一種是"可搶占式"。前者是此進(jìn)程占用處理器后一直運(yùn)行到結(jié)束，除非本身主動(dòng)讓出處理器，后者則是嚴(yán)格保證任何時(shí)刻總是讓優(yōu)先數(shù)最高的進(jìn)程在處理器上運(yùn)行?！r(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法把規(guī)定進(jìn)程一次使用處理器的最長時(shí)間稱為"時(shí)間片"。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法讓就緒進(jìn)程按就緒的先后次序排成隊(duì)列，每次總選擇該隊(duì)列中第一個(gè)進(jìn)程占用處理器，但規(guī)定只能使用一個(gè)時(shí)間片，如該進(jìn)程尚未完成，則排入隊(duì)尾，等待下一個(gè)供它使用的時(shí)間片。各個(gè)進(jìn)程就這樣輪轉(zhuǎn)運(yùn)行。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法經(jīng)常用于分時(shí)操作系統(tǒng)中。8、程序狀態(tài)字包含哪些主要內(nèi)容?(1)程序基本狀態(tài)1)作業(yè)調(diào)度是宏觀調(diào)度，它決定了哪一個(gè)作業(yè)能進(jìn)入主存。進(jìn)程調(diào)度是微觀調(diào)度，它決定各作業(yè)中的哪一個(gè)進(jìn)程占有中央處理機(jī)。(或)作業(yè)調(diào)度是高級調(diào)度，它位于操作系統(tǒng)的作業(yè)管理層次。進(jìn)程調(diào)度是低級調(diào)度，它位于操作系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)的最內(nèi)層。(2)作業(yè)調(diào)度是選符合條件的收容態(tài)作業(yè)裝入內(nèi)存。進(jìn)程調(diào)度是從就緒態(tài)進(jìn)程中選一個(gè)占用處理機(jī)。10、C程序說明系統(tǒng)調(diào)用fork()的應(yīng)用。請?jiān)冖佗冖邰芴幪钊胗嘘P(guān)父、子進(jìn)程的正確語句：①{}}}執(zhí)行本程序時(shí)，子進(jìn)程在標(biāo)準(zhǔn)輸出上打印以下結(jié)果：Exit.Exit.11、單道批處理環(huán)境下有5個(gè)作業(yè)，各作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)的時(shí)間和估計(jì)運(yùn)行時(shí)間如下表所示：進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)間1(1)如果應(yīng)用先來先服務(wù)的作業(yè)調(diào)度算法，試將下面表格填寫完整。進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)間開始時(shí)間結(jié)束時(shí)間1作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間T=(2)如果應(yīng)用最短作業(yè)優(yōu)先的作業(yè)調(diào)度算法，試將下面表格填寫完整。進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)間估計(jì)運(yùn)行時(shí)間/分鐘開始時(shí)間結(jié)束時(shí)間125進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)間估計(jì)運(yùn)行時(shí)間/分鐘開始時(shí)間結(jié)束時(shí)間12進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)間開始時(shí)間結(jié)束時(shí)間13455作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間T=37.2作業(yè)名到達(dá)時(shí)間ABD40分30分50分20分5346(1)列出所有作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存時(shí)間及結(jié)束時(shí)間。(2)計(jì)算平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。每個(gè)作業(yè)運(yùn)行將經(jīng)過兩個(gè)階段：作業(yè)調(diào)度(SJF算法)和進(jìn)程調(diào)度(優(yōu)先數(shù)搶占式)。另外，批處理最多容納2道作業(yè)，更多的作業(yè)將在后備隊(duì)列等待。(1)10:00,作業(yè)A到達(dá)并投入運(yùn)行。(2)10:20,作業(yè)B到達(dá)且優(yōu)先權(quán)高于作業(yè)A,故作業(yè)B投入運(yùn)行而作業(yè)A在就緒隊(duì)(4)10:50,作業(yè)B運(yùn)行結(jié)束，作業(yè)D到達(dá)，按SJF短作業(yè)優(yōu)先算法，作業(yè)D被(5)11:10,作業(yè)A運(yùn)行結(jié)束，作業(yè)C被調(diào)入內(nèi)存，且作業(yè)C的優(yōu)先級高于作業(yè)D,(6)12:00,作業(yè)C運(yùn)行結(jié)束，作業(yè)D投入運(yùn)行。(7)12:20,作業(yè)D運(yùn)行結(jié)束。作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存時(shí)間運(yùn)行結(jié)束時(shí)間ABCD轉(zhuǎn)時(shí)間為70分鐘。第四章并發(fā)進(jìn)程的同步與互斥1、進(jìn)程間同步和互斥的含義是什么?同步：并發(fā)進(jìn)程之間存在的相互制約和相互依賴的關(guān)系?；コ猓喝舾蛇M(jìn)程共享一資源時(shí)，任何時(shí)刻只允許一個(gè)進(jìn)程使用。2、用文字描述銀行家算法的基本思想?銀行家算法的基本思想是：將系統(tǒng)中的所有資源比做銀行家的資金，每進(jìn)行一次資源的分配，銀行家都要從當(dāng)前的資源分配情況出發(fā)，計(jì)算這種分配方案的安全性，如果是安全的，則進(jìn)行分配，否則選擇其它可能的分配方案。這樣，每次分配都計(jì)算安全性，從而可以避免死鎖的發(fā)生。3、簡述死鎖的防止與死鎖的避免的區(qū)別。死鎖的防止是系統(tǒng)預(yù)先確定一些資源分配策略，進(jìn)程按規(guī)定申請資源，系統(tǒng)按預(yù)先規(guī)定的策略進(jìn)行分配，從而防止死鎖的發(fā)生。而死鎖的避免是當(dāng)進(jìn)程提出資源申請時(shí)系統(tǒng)測試資源分配，僅當(dāng)能確保系統(tǒng)安全時(shí)才把資源分配給進(jìn)程，使系統(tǒng)一直處于安全狀態(tài)之中，從而避免死鎖。4、試說明資源的靜態(tài)分配策略能防止死鎖的原因。資源靜態(tài)分配策略要求每個(gè)進(jìn)程在開始執(zhí)行前申請所需的全部資源，僅在系統(tǒng)為之分配了所需的全部資源后，該進(jìn)程才開始執(zhí)行。這樣，進(jìn)程在執(zhí)行過程中不再申請資源，從而破壞了死鎖的四個(gè)必要條件之一“占有并等待條件”,從而防止死鎖的發(fā)生。5、有三個(gè)進(jìn)程P1,P2和P3并發(fā)工作。進(jìn)程P1需用資源S3和S1;進(jìn)程P2需用資源S1(1)若對資源分配不加限制，會發(fā)生什么情況?為什么?(2)為保證進(jìn)程正確工作，應(yīng)采用怎樣的資源分配策略?為什么?分),這是循環(huán)等待?；駼.采用按序分配不會出現(xiàn)循環(huán)等待資源現(xiàn)象。6、某車站售票廳，任何時(shí)刻最多可容納20名購票者進(jìn)入，當(dāng)售票廳中少于20名購票者時(shí)，則廳外的購票者可立即進(jìn)入，否則需在外面等待。若把一個(gè)購票者看作一個(gè)進(jìn)程，請回答下(1)用PV操作管理這些并發(fā)進(jìn)程時(shí)，應(yīng)怎樣定義信號量，寫出信號量的初值以及信號量(2)根據(jù)所定義的信號量，把應(yīng)執(zhí)行的PV操作填入適當(dāng)，以保證進(jìn)程能夠正確地并發(fā)執(zhí)S>0S的值表示可繼續(xù)進(jìn)入售S=0表示售票廳中已有20名顧票廳的人數(shù)廳的人數(shù)(3)S的最大值為20S的最小值為20一n注：信號量的符號可不同(如寫成t),但使用時(shí)應(yīng)一致(即上述的s全應(yīng)改成t)。7、假定系統(tǒng)有三個(gè)并發(fā)進(jìn)程read,move和print共享緩沖器B1和B2。進(jìn)程read負(fù)責(zé)從輸入設(shè)備上讀信息，每讀出一個(gè)記錄后把它存放到緩沖器B1中。進(jìn)程move從緩沖器B1中取出一記錄，加工后存入緩沖器B2。進(jìn)程print將B2中的記錄取出和B2每次只能存放一個(gè)記錄。要求三個(gè)進(jìn)程協(xié)調(diào)完成任務(wù)，使打印出來的與讀入的記錄的個(gè)數(shù)，次序完全一樣。請用PV操作，寫出它們的并發(fā)程序。打印Z8、某系統(tǒng)中有10臺打印機(jī)，有三個(gè)進(jìn)程P?,Pz,P?分別需要8臺，7臺和4臺。若P?,P?,P?已申請到4臺，2臺和2臺。試問：按銀行家算法能安全分配嗎?請說明分配過程。出申請，所以它能順利運(yùn)行下去，能釋放占用的4臺打印機(jī)，使進(jìn)程P1,P2均可能獲得乘余的要求4臺和5臺，按銀行家算法是安全的。(2)為保證這兩個(gè)進(jìn)程能正確地打印出各自的結(jié)果，請用信號量和P、V操作寫出各自的有關(guān)申請、使用打印機(jī)的代碼。要求給出信號量的含義和初值。(1)A、B兩進(jìn)程之間存在互斥的制約關(guān)系。因?yàn)榇蛴C(jī)屬于臨界資源，必須一個(gè)進(jìn)程使用完之后另一個(gè)進(jìn)程才能使用。(2)mutex:用于互斥的信號量，初值為1。進(jìn)程A進(jìn)程B申請打印機(jī)使用打印機(jī)試以生產(chǎn)者—消費(fèi)者問題說明進(jìn)程同步問題的實(shí)質(zhì)。使用打印機(jī)一個(gè)生產(chǎn)者，一個(gè)消費(fèi)者和一個(gè)產(chǎn)品之間關(guān)系是典型的進(jìn)程同步問題。設(shè)信號量S為倉庫內(nèi)產(chǎn)品，P-V操作配對進(jìn)行缺一不可。生產(chǎn)者進(jìn)程將產(chǎn)品放人倉庫后通知消費(fèi)者可用；消費(fèi)者進(jìn)程在得知倉庫有產(chǎn)品時(shí)取走，然后告訴生產(chǎn)者可繼續(xù)生產(chǎn)。10、請描述產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件?；コ馐褂?資源獨(dú)占)一個(gè)資源每次只能給一個(gè)進(jìn)程使用不可強(qiáng)占(不可剝奪)資源申請者不能強(qiáng)行的從資源占有者手中奪取資源，資源只能由占有者自愿釋放請求和保持(部分分配，占有申請)一一個(gè)進(jìn)程在申請新的資源的同時(shí)保持對原有資源的占有(只有這樣才是動(dòng)態(tài)申請，動(dòng)態(tài)分配)循環(huán)等待一存在一個(gè)進(jìn)程等待隊(duì)列{P1,P2,…,Pn},其中P1等待P2占有的資源，P2等待P3占有的資源，…,Pn等待P1占有的資源，形成一個(gè)進(jìn)程等待環(huán)路11、兩個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程A和B的程序如下：進(jìn)程AN=N+5;進(jìn)程BN=0;因?yàn)镹初值為4,若進(jìn)程A先執(zhí)行了三個(gè)循環(huán)，此時(shí)N的值為19。當(dāng)進(jìn)程A和進(jìn)程B并進(jìn)程A進(jìn)程Bmutex0~mutex3:分別用于控制互斥訪問M0～M3,初值為1。empty0~empty3:分別用于同步控制對M0～M3的訪問。EmptyO初值為0,empty2~empty3初值為2,emptyl初值為3,分別用于表示信箱中空格子個(gè)數(shù)。另用send(Mi,message)表示將消息送到(Mimod4)號信箱中；而用receive(Mi,message)則使用信號量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程Pi(i=0,1,2,3)同步及互斥的流程如下：mutexO:=1;mutex1:=1;mutexmutexemptyOemptylemptyemptyP1:{可類似于PO實(shí)現(xiàn)之};P2:{可類似于PO實(shí)現(xiàn)之};P3:{可類似于PO實(shí)現(xiàn)之};13、設(shè)系統(tǒng)中僅有一類數(shù)量為M的獨(dú)占型資源，系統(tǒng)中N個(gè)進(jìn)程競爭該類資源，其中各進(jìn)程對該類資源的最大需求量為W。當(dāng)M、N、W分別取下列值時(shí)，試判斷哪些情況會發(fā)生死鎖?為什么?③可能會發(fā)生死鎖。只要一個(gè)進(jìn)程占用了少于3個(gè)獨(dú)占型資源而另一個(gè)進(jìn)程占用了其余的獨(dú)占型資源，兩個(gè)進(jìn)程都會相互處于等待對方進(jìn)程釋放資源的狀態(tài)。⑤也可能會發(fā)生死鎖。當(dāng)每個(gè)進(jìn)程都分配了兩個(gè)資源時(shí)，3個(gè)進(jìn)程都會彼此等待。14、假定具有5個(gè)進(jìn)程的進(jìn)程集合P={P0,P1,P2,P3,P4},系統(tǒng)中有三類資源A,B和C。其中A類資源有10個(gè)，B類資源有5個(gè)，C類資源有7個(gè)。假定在某時(shí)刻有如下狀態(tài)：試給出Need,并說明當(dāng)前系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)，如果是，給出安全序列。如果不j=1Need1=(1,2,3)<=(3,3,2)work:=(3,3,2)+(2,0,0)=(5,j=3Need3=(0,1,1)<=(5,3,2)work:=(5,3,2)+(2,1,1)=(7,j=4Need4=(4,3,1)<=(7,4,3)work:=(7,4,3)+(0,0,2)=(7,j=2Need2=(6,0,0)<=(7,4,5)j=0work:=(10,4,7)+(0,1,0)=(10,5,7)16、考慮一個(gè)共有150個(gè)存儲單元的系統(tǒng)，如下分配給三個(gè)進(jìn)程，P有25;P2最大需求60,己占有40;P3最大需求60,己占有45。使用銀行家算法，以確定下面的任何一個(gè)請求是否安全。(1)P4進(jìn)程到達(dá)，P4最大需求60,最初請求25個(gè)。(2)P4給出結(jié)果分配情況。(1)由于系統(tǒng)目前還有150-25-40-45=40個(gè)單元，P4進(jìn)程到達(dá)，把25個(gè)單元分給它。這時(shí)系統(tǒng)還余15個(gè)單元，可把15個(gè)單元分給P3,它執(zhí)行完后會釋放60個(gè)單元。于是可供P1(還要45個(gè)單元),P2(還要20個(gè)單元),P4(還要35個(gè)單元)任何一個(gè)執(zhí)行。(2)P4進(jìn)程到達(dá)，P4最大需求60,最初請求35。如果把35個(gè)單元分給P4,系統(tǒng)還余5個(gè)單元，不再能滿足任何一個(gè)進(jìn)程的需求，系子；當(dāng)一個(gè)進(jìn)程在揀時(shí)，不允許另一個(gè)進(jìn)程去揀；當(dāng)一個(gè)進(jìn)程揀了一子時(shí)，必須讓另一個(gè)進(jìn)實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)進(jìn)程的同步問題，設(shè)信號量S1和S2分別表示可揀白子和黑子，不失一般性，{揀白子}P?PP?PP?P(1)系統(tǒng)此時(shí)處于安全狀態(tài)嗎?為什么?(2)若此時(shí)P2發(fā)出request1(1、2、2、2),系統(tǒng)能分配資源給它嗎?為什么?