操作系統(tǒng)____課后答案(1)

1、操作系統(tǒng)教程（第三版）CH1應(yīng)用題參考答案CH1 應(yīng)用題參考答案1 有一臺計算機，具有1MB內(nèi)存，操作系統(tǒng)占用200KB，每個用戶進(jìn)程各占200KB。如果用戶進(jìn)程等待I/O的時間為80%，若增加1MB內(nèi)存，則CPU的利用率提高多少？答：設(shè)每個進(jìn)程等待I/O的百分比為P，則n個進(jìn)程同時等待I/O的概率是Pn ，當(dāng)n個進(jìn)程同時等待I/O期間CPU是空閑的，故CPU的利用率為1-Pn 。由題意可知，除去操作系統(tǒng)，內(nèi)存還能容納4個用戶進(jìn)程，由于每個用戶進(jìn)程等待I/O的時間為80%，故： CPU利用率=1-(80%)4 =0.59若再增加1MB內(nèi)存，系統(tǒng)中可同時運行9個用戶進(jìn)程，此時： CPU利用率=1

2、-(80%)9 =0.87故增加1MB內(nèi)存使CPU的利用率提高了47%： 87%59%=147% 147%-100%=47%2 一個計算機系統(tǒng)，有一臺輸入機和一臺打印機，現(xiàn)有兩道程序投入運行，且程序A先開始做，程序B后開始運行。程序A的運行軌跡為：計算50ms、打印100ms、再計算50ms、打印100ms，結(jié)束。程序B的運行軌跡為：計算50ms、輸入80ms、再計算100ms，結(jié)束。試說明(1)兩道程序運行時，CPU有無空閑等待？若有，在哪段時間內(nèi)等待？為什么會等待？(2)程序A、B有無等待CPU的情況？若有，指出發(fā)生等待的時刻。答：畫出兩道程序并發(fā)執(zhí)行圖如下：處理器輸入機打印機程序A程序B

3、A計算B計算計算計算時間(ms)0 50 100 150 180 200 250 300打印計算打印輸入計算A打印A打印B輸入A計算B計算一(1) 兩道程序運行期間，CPU存在空閑等待，時間為100至150ms之間(見圖中有色部分)。(2) 程序A無等待現(xiàn)象，但程序B有等待。程序B有等待時間段為180ms至200ms間(見圖中有色部分)。3 設(shè)有三道程序，按A、B、C優(yōu)先次序運行，其內(nèi)部計算和I/O操作時間由圖給出。ABCC1130msC21=60msC31=20msI1240msI22=30msI32=40msC1310msC23=10msC33=20ms試畫出按多道運行的時間關(guān)系圖（忽略調(diào)

4、度執(zhí)行時間）。完成三道程序共花多少時間？比單道運行節(jié)省了多少時間？若處理器調(diào)度程序每次進(jìn)行程序轉(zhuǎn)換化時1ms，試畫出各程序狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時間關(guān)系圖。答：1） 忽略調(diào)度執(zhí)行時間，多道運行方式（搶占式）：時間 0 3 7 8 10 12 13 14 17 19 單位10 msI/O I12 I22 I32 CPU C11 C21 C13 C21 C31 C23 C33 搶占式共用去190ms，單道完成需要260ms， 節(jié)省70ms。 忽略調(diào)度執(zhí)行時間，多道運行方式（非搶占式）：時間 0 3 7 9 10 12 13 14 16 18 單位10 msI/O I12 I22 I32 CPU C11 C21

5、 C13 C31 C23 C33 非搶占式共用去180ms，單道完成需要260ms， 節(jié)省80ms。2） 調(diào)度執(zhí)行時間1ms，多道運行方式（搶占式）：時間 0 303132 71727374 8485 105107 127 136137 147 177178 198 單位1msI/O I12 I22 I32 CPU C11 C21 C13 C21 C31 C23 C33 OS 調(diào)度執(zhí)行時間1ms，多道運行方式（非搶占式）：時間 0 303132 7172 939495 105106 124125127129 139 168169 189 單位1msI/O I12 I22 I32 CPU C11

6、 C21 C21 C13 C31 C31 C23 C33 OS 4 在單CPU和兩臺I/O(I1,I2)設(shè)備的多道程序設(shè)計環(huán)境下，同時投入三個作業(yè)運行。它們的執(zhí)行軌跡如下：Job1：I2(30ms)、CPU(10ms)、I1(30ms)、CPU(10ms)、I2(20ms)Job2：I1(20ms)、CPU(20ms)、I2(40ms)Job3：CPU(30ms)、I1(20ms)、CPU(10ms)、I1(10ms)如果CPU、I1和I2都能并行工作，優(yōu)先級從高到低為Job1、Job2和Job3，優(yōu)先級高的作業(yè)可以搶占優(yōu)先級低的作業(yè)的CPU，但不搶占I1和I2。試求：(1)每個作業(yè)從投入到完

7、成分別所需的時間。(2) 從投入到完成CPU的利用率。(3)I/O設(shè)備利用率。答：畫出三個作業(yè)并行工作圖如下(圖中著色部分為作業(yè)等待時間)：CPUI1I2Job1Job2Job3時間(ms)CPU CPU0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110CPU I1I1 I1CPUCPU I2 I2CPU I1CPU I2 Job1 Job2 Job3Job2Job1Job2Job3Job1Job3 Job2Job1 Job1Job3Job3(1) Job1從投入到運行完成需110ms，Job2從投入到運行完成需90ms，Job3從投入到運行完成需110ms。(2) CP

8、U空閑時間段為：60ms至70ms，80ms至90ms，100ms至110ms。所以CPU利用率為(110-30)/110=72.7%。(3) 設(shè)備I1空閑時間段為：20ms至40ms，90ms至100ms，故I1的利用率為(110-30)/110=72.7%。設(shè)備I2空閑時間段為：30ms至50ms，故I2的利用率為(110-20)/110=81.8%。5 在單CPU和兩臺I/O(I1,I2)設(shè)備的多道程序設(shè)計環(huán)境下，同時投入三個作業(yè)運行。它們的執(zhí)行軌跡如下：Job1：I2(30ms)、CPU(10ms)、I1(30ms)、CPU(10ms)Job2：I1(20ms)、CPU(20ms)、I

9、2(40ms)Job3：CPU(30ms)、I1(20ms)如果CPU、I1和I2都能并行工作，優(yōu)先級從高到低為Job1、Job2和Job3，優(yōu)先級高的作業(yè)可以搶占優(yōu)先級低的作業(yè)的CPU。試求：(1)每個作業(yè)從投入到完成分別所需的時間。(2) 每個作業(yè)投入到完成CPU的利用率。(3)I/O設(shè)備利用率。答：畫出三個作業(yè)并行工作圖如下(圖中著色部分為作業(yè)等待時間)：CPUI1I2Job1Job2Job3時間(ms)CPU CPU0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 I1 I1CPUCPU I2 I2CPU I1CPU Job1 Job2 Job3Job2Job1Job2Job3

10、Job1 Job2 Job1Job3(1) Job1從投入到運行完成需80ms，Job2從投入到運行完成需90ms，Job3從投入到運行完成需90ms。(2) CPU空閑時間段為：60ms至70ms，80ms至90ms。所以CPU利用率為(90-20)/90=77.78%。(3) 設(shè)備I1空閑時間段為：20ms至40ms，故I1的利用率為(90-20)/90=77.78%。設(shè)備I2空閑時間段為：30ms至50ms，故I2的利用率為(90-20)/90=77.78%。6 若內(nèi)存中有3道程序A、B、C，它們按A、B、C優(yōu)先次序運行。各程序的計算軌跡為：A：計算(20)、I/O(30)、計算(10)

11、 B：計算(40)、I/O(20)、計算(10)C：計算(10)、I/O(30)、計算(20)如果三道程序都使用相同設(shè)備進(jìn)行I/O(即程序用串行方式使用設(shè)備，調(diào)度開銷忽略不計)。試分別畫出單道和多道運行的時間關(guān)系圖。兩種情況下，CPU的平均利用率各為多少?答：分別畫出單道和多道運行的時間圖0 20 40 50 60 80 100 120 140 160 180 190I/OCPU時間(ms)AAABBB C CC(1) 單道運行時間關(guān)系圖單道總運行時間為190ms。CPU利用率為(190-80)/190=57.9%(1) 單道運行時間關(guān)系圖I/OCPU時間(ms)AAAB C0 20 40 5

12、0 60 80 100 120 140 BBCCB多道總運行時間為140ms。CPU利用率為(140-30)/140=78.6%7 若內(nèi)存中有3道程序A、B、C，優(yōu)先級從高到低為A、B和C，它們單獨運行時的CPU和I/O占用時間為：程序A： 60 20 30 10 40 20 20 (ms) I/O2 CPU I/O1 CPU I/O1 CPU I/O1程序B： 30 40 70 30 30 (ms) I/O1 CPU I/O2 CPU I/O2程序C： 40 60 30 70 (ms) CPU I/O1 CPU I/O2如果三道程序同時并發(fā)執(zhí)行，調(diào)度開銷忽略不計，但優(yōu)先級高的程序可中斷優(yōu)先級

13、低的程序，優(yōu)先級與I/O設(shè)備無關(guān)。試畫出多道運行的時間關(guān)系圖，并問最早與最遲結(jié)束的程序是哪個？每道程序執(zhí)行到結(jié)束分別用了多少時間？計算三個程序全部運算結(jié)束時的CPU利用率?答：畫出三個作業(yè)并發(fā)執(zhí)行的時間圖：CPUI01I02ABC時間(ms)cpu0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 I01 cpucpu I02 I02 cpu cpuI01cpu A BBA B CB C A CI01 cpu I01A C AAcpu cpu I01 cpu cpu I02I02 B C B CA(1) 最早結(jié)束的程序為B，最后結(jié)束的程序為C。(2) 程序A為

14、250ms。程序B為220ms。程序C為310ms。(3) CPU利用率為(310-120)/310=61.3%8 有兩個程序，A程序按順序使用：(CPU)10秒、(設(shè)備甲)5秒、(CPU)5秒、(設(shè)備乙)10秒、(CPU)10秒。B程序按順序使用：(設(shè)備甲)10秒、(CPU)10秒、(設(shè)備乙)5秒、(CPU)5秒、(設(shè)備乙)10秒。在順序環(huán)境下先執(zhí)行A，再執(zhí)行B，求出總的CPU利用率為多少?答：程序A執(zhí)行了40秒，其中CPU用了25秒。程序B執(zhí)行了40秒，其中CPU用了15秒。兩個程序共用了80秒，CPU化了40秒。故CPU利用率為40/80=50%。9 在某計算機系統(tǒng)中，時鐘中斷處理程序每

15、次執(zhí)行的時間為2ms（包括進(jìn)程切換開銷）。若時鐘中斷頻率為60HZ，試問CPU用于時鐘中斷處理的時間比率為多少?答：因時鐘中斷頻率為60HZ，所以，時鐘周期為：1/60s=50/3ms。在每個時鐘周期中，CPU花2ms執(zhí)行中斷任務(wù)。所以，CPU用于時鐘中斷處理的時間比率為：2(50/3)=6/50=12%。CH2 應(yīng)用題參考答案1 下列指令中哪些只能在核心態(tài)運行? (1) 讀時鐘日期；（2）訪管指令；（3）設(shè)時鐘日期；（4）加載PSW；（5）置特殊寄存器；(6) 改變存儲器映象圖；(7) 啟動I/O指令。答：(3)，(4)，(5)，(6)，(7)。2 假設(shè)有一種低級調(diào)度算法是讓“最近使用處理器

16、較少的進(jìn)程”運行，試解釋這種算法對“I/O繁重”型作業(yè)有利，但并不是永遠(yuǎn)不受理“處理器繁重”型作業(yè)。答：因為I/O繁忙型作業(yè)忙于I/O，所以它CPU用得少，按調(diào)度策略能優(yōu)先執(zhí)行。同樣原因一個進(jìn)程等待CPU足夠久時，由于它是“最近使用處理器較少的進(jìn)程”，就能被優(yōu)先調(diào)度，故不會饑餓。3 并發(fā)進(jìn)程之間有什么樣的相互制約關(guān)系?下列日常生活中的活動是屬哪種制約關(guān)系：(1)踢足球，(2)吃自助餐，(3)圖書館借書，(4)電視機生產(chǎn)流水線工序。答：并發(fā)進(jìn)程之間的基本相互制約關(guān)系有互斥和同步兩種。其中(1)、(3)為互斥問題。(2)、(4)為同步問題。4 在按動態(tài)優(yōu)先數(shù)調(diào)度進(jìn)程的系統(tǒng)中，每個進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)需定時

17、重新計算。在處理器不斷地在進(jìn)程之間交替的情況下，重新計算進(jìn)程優(yōu)先數(shù)的時間從何而來?答：許多操作系統(tǒng)重新計算進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)在時鐘中斷處理例程中進(jìn)行，由于中斷是隨機的，碰到哪個進(jìn)程，就插入哪個進(jìn)程中運行處理程序，并把處理時間記在這個進(jìn)程的賬上。5 若后備作業(yè)隊列中等待運行的同時有三個作業(yè)J1、J2、J3，已知它們各自的運行時間為a、b、c，且滿足ab0可見，采用短作業(yè)優(yōu)先算法調(diào)度才能獲得最小平均作業(yè)周轉(zhuǎn)時間。6 若有一組作業(yè)J1，Jn，其執(zhí)行時間依次為S1，Sn。如果這些作業(yè)同時到達(dá)系統(tǒng)，并在一臺單CPU處理器上按單道方式執(zhí)行。試找出一種作業(yè)調(diào)度算法，使得平均作業(yè)周轉(zhuǎn)時間最短。答：首先，對n個作業(yè)按

18、執(zhí)行時間從小到大重新進(jìn)行排序，則對n個作業(yè)：J1，Jn，它們的運行時間滿足：S1 S2 S(n-1)Sn。那么有： T=S1 +( S1+S2)+ (S1 + S2+ S3)+(S1 + S2+ S3+ Sn)/n =nS1 +( n-1)S2+ (n-3)S3+ Sn/n =(S1 + S2+ S3+ Sn)-0S1+1S2 +2S3 +(n-1) Sn/n由于任何調(diào)度方式下，S1 + S2+ S3+ Sn為一個確定的數(shù)，而當(dāng)S1 S2 S(n-1)Sn 時才有：0S1+1S2 +2S3 +(n-1) Sn的值最大，也就是說，此時T值最小。所以，按短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法調(diào)度時，使得平均作業(yè)周轉(zhuǎn)時

19、間最短。7 假定執(zhí)行表中所列作業(yè)，作業(yè)號即為到達(dá)順序，依次在時刻0按次序1、2、3、4、5進(jìn)入單處理器系統(tǒng)。1） 分別用先來先服務(wù)調(diào)度算法、時間片輪轉(zhuǎn)算法、短作業(yè)優(yōu)先算法及非強占優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法算出各作業(yè)的執(zhí)行先后次序(注意優(yōu)先權(quán)高的數(shù)值小)；2） 計算每種情況下作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。作業(yè)號執(zhí)行時間優(yōu)先權(quán)1234510121531342答：(1) 采用FCFS算法調(diào)度作業(yè)，運作情況：執(zhí)行次序 執(zhí)行時間 等待時間 開始時間 完成時間 周轉(zhuǎn)時間 帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間 1 10 0 0 10 10 1 2 1 10 10 11 11 11 3 2 11 11 13 13 6.5 4 1 13

20、13 14 14 14 5 5 14 14 19 19 3.8作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間 T=(10+11+13+14+19)/5=13.4作業(yè)平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間 W=(1+11+6.5+14+3.8)/5=7.26(2) 采用RR算法調(diào)度作業(yè)，若令時間片長=1，各作業(yè)執(zhí)行情況為：1、2、3、4、5、1、3、5、1、5、1、5、1、5、1、1、1、1、1。作業(yè) 執(zhí)行時間 提交時間 完成時間 周轉(zhuǎn)時間 帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間 1 10 0 19 19 1.9 2 1 0 2 2 2 3 2 0 7 7 3.5 4 1 0 4 4 4 5 5 0 14 14 2.8 作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間 T=(19+2+7+4+14)/5

21、=9.2作業(yè)平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間 W=(1.9+2+3.5+4+2.8)/5=2.84(3) 采用SJF算法調(diào)度作業(yè)，運作情況：執(zhí)行次序 執(zhí)行時間 等待時間 開始時間 完成時間 周轉(zhuǎn)時間 帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間 2 1 0 0 1 1 1 4 1 1 1 2 2 2 3 2 2 2 4 4 2 5 5 4 4 9 9 1.8 1 10 9 9 19 19 1.9作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間 T=(1+2+4+9+19)/5=7作業(yè)平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間 W=(1+2+2+1.8+1.9)/5=1.74(4) 采用非剝奪優(yōu)先權(quán)算法調(diào)度作業(yè)，運作情況：執(zhí)行次序 優(yōu)先數(shù) 執(zhí)行時間 等待時間 周轉(zhuǎn)時間 帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間 2 1 1 0

22、1 1 5 2 5 1 6 1.2 1 3 10 6 16 1.6 3 3 2 16 18 9 4 4 1 18 19 19 作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間 T=(1+6+16+18+19)/5=12作業(yè)平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間 W=(1+1.2+1.6+9+19)/5=6.368 對某系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測后表明平均每個進(jìn)程在I/O阻塞之前的運行時間為T。一次進(jìn)程切換的系統(tǒng)開銷時間為S。若采用時間片長度為Q的時向片輪轉(zhuǎn)法，對下列各種情況算出CPU利用率。1）Q 2）QT 3）SQT 4QS 5Q接近于0答：1）Q= CPU利用率=T/（T+S）2）QT CPU利用率=T/（T+S）3）TQS CPU利用率=Q/（Q+S）4

23、) Q=S CPU利用率=50%5) Q0 CPU利用率09 有5個待運行的作業(yè)，各自預(yù)計運行時間分別是：9、6、3、5和x，采用哪種運行次序使得平均響應(yīng)時間最短？答：按照最短作業(yè)優(yōu)先的算法可以使平均響應(yīng)時間最短。X取值不定，按照以下情況討論：1） x3 次序為：x，3，5，6，92） 3x5 次序為：3，x，5，6，93） 5x6 次序為：3，5，x，6，94） 6x9 次序為：3，5，6，x，95） 90是什么算法？(2) 若0是什么算法答：(1) 是先進(jìn)先出算法。因為在就緒隊列中的進(jìn)程比在CPU上運行的進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)提高得快，故進(jìn)程切換時，先進(jìn)入就緒隊列的進(jìn)程優(yōu)先權(quán)就越高。(2) 是后進(jìn)先

24、出算法。因為在就緒隊列中的進(jìn)程比在CPU上運行的進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)下降得快，故后進(jìn)入就緒隊列的進(jìn)程此先進(jìn)入的進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)高。17 17 有一個四道作業(yè)的操作系統(tǒng)，若在一段時間內(nèi)先后到達(dá)6個作業(yè)，它們的提交和估計運行時間由下表給出：作業(yè) 提交時間 估計運行時間(分鐘) 1 8：00 60 2 8：20 35 3 8：25 20 4 8：30 25 5 8：35 5 6 8：40 10 系統(tǒng)采用SJF調(diào)度算法，作業(yè)被調(diào)度進(jìn)入系統(tǒng)后中途不會退出，但作業(yè)運行時可被更短作業(yè)搶占。(1)分別給出6個作業(yè)的執(zhí)行時間序列、即開始執(zhí)行時間、作業(yè)完成時間、作業(yè)周轉(zhuǎn)時間。(2)計算平均作業(yè)周轉(zhuǎn)時間。答：執(zhí)行次序 提交時間

25、 執(zhí)行時間 開始時間 完成時間 周轉(zhuǎn)時間 J1 8:00 60 8:00 9:00 60 J5 8:35 5 9:00 9:05 30 J6 8:40 10 9:05 9:15 35 J3 8:25 20 9:15 9:35 70 J4 8:30 25 9:35 10:00 90 J2 8:20 35 10:00 10:35 135作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間T=(60+30+35+70+90+135)/6=70注意，J1被調(diào)度運行后，直到它執(zhí)行結(jié)束，才會引出作業(yè)調(diào)度程序工作。所以，J2至J6雖在J1執(zhí)行期間進(jìn)入，但未被調(diào)度，均在等待。當(dāng)J1撤離后，作業(yè)調(diào)度程序工作，按SJF算法，顯然有執(zhí)行次序：J5、J

26、6、J3、J4、和J2。18 有一個具有兩道作業(yè)的批處理系統(tǒng)，作業(yè)調(diào)度采用短作業(yè)優(yōu)先的調(diào)度算法，進(jìn)程調(diào)度采用以優(yōu)先數(shù)為基礎(chǔ)的搶占式調(diào)度算法，在下表所示的作業(yè)序列，作業(yè)優(yōu)先數(shù)即為進(jìn)程優(yōu)先數(shù)，優(yōu)先數(shù)越小優(yōu)先級越高。作業(yè)名 到達(dá)時間 估計運行時間 優(yōu)先數(shù)A 10：00 40分 5B 10：20 30分 3C 10：30 50分 4D 10：50 20分 6(1)列出所有作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存時間及結(jié)束時間。(2)計算平均周轉(zhuǎn)時間。答：每個作業(yè)運行將經(jīng)過兩個階段：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)將在后備隊列等待。進(jìn)程就緒隊列作業(yè)后備隊列時間(分鐘) 10

27、:00 10:20 10:30 10:50 11:10 12:00 12:20A B A C DA D D C CPU(1) 10:00，作業(yè)A到達(dá)并投入運行。(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投入運行而作業(yè)A在就緒隊列等待。(3) 10:30，作業(yè)C到達(dá)，因內(nèi)存中已有兩道作業(yè)，故作業(yè)C進(jìn)入作業(yè)后備隊列等待。(4) 10:50，作業(yè)B運行結(jié)束，作業(yè)D到達(dá)，按SJF短作業(yè)優(yōu)先算法，作業(yè)D被裝入內(nèi)存進(jìn)入就緒隊列。而由于作業(yè)A的優(yōu)先級高于作業(yè)D，故作業(yè)A投入運行。(5) 11:10，作業(yè)A運行結(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，故作業(yè)C投入運行。(6) 12:00，作業(yè)C運行結(jié)束，作業(yè)D投入運行。(7) 12:20，作業(yè)D運行結(jié)束。作業(yè) 進(jìn)入內(nèi)存時間 運行結(jié)束時間 A 10:00 11:10 B 10:20 10;50 C 11:10 12:00 D 10:50 12:20各作業(yè)周轉(zhuǎn)時間為：作業(yè)A 70，作業(yè)B 30，作業(yè)C 90，作業(yè)D 90。平均作業(yè)周轉(zhuǎn)時間為70分鐘。19 某多道程序設(shè)計系統(tǒng)供用戶使用的主