操作系统(第二版)课后习题答案

1.什么是操作系统？其主要功能是什么？

操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源,有效组织多道程序运行的系统软件(或程序集合),是用户和计算机直接的程序接口.

2.在某个计算机系统中，有一台输入机和一台打印机，现有两道程序投入运行，程序A、B同时运行，A略早于B。A的运行轨迹为：计算50ms、打印100ms、再计算50ms、打印100ms，结束。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是否空闲等待？若是，在那段时间段等待？

（2）程序A、B是否有等待CPU的情况？若有，指出发生等待的时刻。

0 50 100 150 200 250 300

50 100 50 100

50 100 20 100

(1) cpu有空闲等待,在100ms~150ms的时候.

(2) 程序A没有等待cpu,程序B发生等待的时间是180ms~200ms.

1.设公共汽车上，司机和售票员的活动如下：

司机的活动：启动车辆；正常行车；到站停车。

售票员的活动：关车门；售票；开车门。

在汽车不断的到站、停车、行驶过程中，用信号量和P、V操作实现这两个活动的同步关系。

semaphore s1,s2;

s1=0;s2=0;

cobegin

司机();售票员();

coend

process 司机()

｛

while(true)

{

P(s1) ;

启动车辆;

正常行车;

到站停车;

V(s2);

}

｝

process 售票员()

{

while(true)

{

关车门;

V(s1);

售票;

P(s2);

开车门;

上下乘客;

}

}

2.设有三个进程P、Q、R共享一个缓冲区，该缓冲区一次只能存放一个数据，P进程负责循环地从磁带机读入数据并放入缓冲区，Q进程负责循环地从缓冲区取出P进程放入的数据进行加工处理，并把结果放入缓冲区，R进程负责循环地从缓冲区读出Q进程放入的数据并在打印机上打印。请用信号量和P、V操作，写出能够正确执行的程序。

semaphore sp,sq,sr;

int buf;sp=1;sq=0;sr=0;

cobegin

process P()

{

while(true)

{

从磁带读入数据;

P(sp);

Buf=data;

V(sq);

}

}

process Q()

{

while(true)

{

P(sq);

data=buf;

加工data;

buf=data;

V(sr);

}

}

process R()

{

while(true)

{

P(sr);

data=buf;

V(sp);

打印数据;

}

}

coend.

3.简述计数信号量的值与资源使用情况的关系。

当计数信号量大于0时,表示可用资源的数量;当它的值小于0时,其绝对值表示等待使用该资源的进程个数.

1． 假定某计算机系统有R1、R2两类可再用资源（其中R1有两个单位，R2有一个单位），它们被进程P1、P2所共享，且已知两个进程均以下列顺序使用两类资源：

→申请R1→申请R2→申请R1→释放R1→释放R2→释放R1→

试求出系统运行过程中可能到达的死锁点，并画出死锁点的资源分配图。

①进程P1占有一个R1,一个R2,进程P2占有一个R1.

R1

P1

P2

R2

②进程P1占用一个R1,进程P2占有一个R1,一个R2

R1

P1

P2

R2

2． 系统有同类资源m个，被n个进程共享，问：当m>n和m≤n时，每个进程最多可以请求多少个这类资源，使系统一定不会发生死锁？

m≤n时，每个进程最多请求1个这类资源时不会死锁；当m>n时，如果 m/n商为k,

余数为t：若t为0，每个进程最多请求k个，若t不为0，每个进程最多请求k+1个，则系

统不会发生死锁。

3． 设当前的系统状态如下，此时Available=(1,1,2).

进程

R1

P1

P2

P3

P4

3

6

3

4

2

1

1

2

Max

R2 R3

2

3

4

2

R1

1

5

2

0

Allocation

R2

0

1

1

0

R3

0

1

1

2

(1)、计算各个进程还需要的资源数

（2）、系统是否处于安全状态？为什么？

（3）、进程P2发出请求向量request2=(1,0,1)，系统能把资源分配给它吗？

（4）、若在进程P2申请资源后，P1发出请求向量request1=(1,0,1)，系统能把资源分配给它吗？

（5）、若在进程P1申请资源后，P3发出请求向量request3=(0,0,1)，系统能把资源分配给它吗？

(1)

P1

P2

P3

P4

R1

2

1

1

4

R2

2

0

0

2

R3

3

2

3

0

(2)系统处于安全状态,存在安全序列:P2→P1→P3→P4.

(3)系统能把资源分配给它,存在安全序列:P2→P1→P3→P4.

(5)不能,因为资源不足.

(6)不能,因为这样做会让系统处于不安全状态.

1． 有5个批处理作业A~E均已到达计算中心，其运行时间分别为2min、4min、6min、8min、10min。若采用时间片轮转算法，时间片为2min，计算出平均作业周转时间。

作业

A

B

C

D

E

执行时间

2

4

6

8

10

等待时间

0

8

14

18

20

周转时间

2

12

20

26

30

2． 若有如下表所示的4个作业进入系统，分别计算在FCFS、SJF、HRRF算法下平均周转时间和平均带权周转时间。

作业

1

2

3

4

① FCFS(先来先服务法)

作业

1

2

3

4

到达时间

8:00

8:50

9:00

9:50

运行时间

120min

50min

10min

20min

开始时间

8:00

10:00

10:50

11:00

完成时间

10:00

10:50

11:00

11:20

周转时间

120min

120min

120min

90min

带权周转时间

1

2.4

12

4.5

提交时间

8:00

8:50

9:00

9:50

估计运行时间/min

120

50

10

20

平均周转时间T =112.5min,平均带权周转时间W=4.975

② SJF(短作业优先法)

作业

1

2

3

4

到达时间

8:00

8:50

9:00

9:50

运行时间

120min

50min

10min

20min

开始时间

8:00

10:30

10:00

11:10

完成时间

10:00

11:20

10:10

10:30

周转时间

120min

150min

70min

40min

带权周转时间

1

3

7

2

平均周转时间T =95min,平均带权周转时间W=3.25

③ HRRF(高响应比优先法)

作业

1

2

3

4

到达时间

8:00

8:50

9:00

9:50

运行时间

120min

50min

10min

20min

开始时间

8:00

10:10

10:00

11:00

完成时间

10:00

11:00

10:10

11:20

周转时间

120min

130min

70min

90min

带权周转时间

1

2.06

7

4.5

平均周转时间T =102.5min,平均带权周转时间W=3.775

3． 多道批处理系统中有一台处理器和两台外部设备（I1和I2），用户存储空间为100MB。已知系统的作业调度及进程调度采用可抢占的高优先级调度算法(优先数越大优先级别越高)，主存采用不可移动的可变分区分配策略，设备分配遵循动态分配原则。现有4个作业同时提交给系统，如下表所示。求作业的平均周转时间。

作业名

A

B

C

D

优先数

7

3

9

4

运行时间及顺序/min

CPU:1 I1:2 I2:2

CPU:3 I1:1

CPU:2 I1:3 CPU:2

CPU:4 I1:1

主存需求/MB

50

10

60

20

如下图

2 3 2

1 1

1 2 2

3 1

故有

作业

A

B

C

D

1.在动态分区存储管理下，按地址排列的主存空闲区为：10KB,4KB,20KB,18KB,7KB,9KB,12KB,15KB。对于下列连续存储区的请求:

周转时间/min

12

13

7

11

(1)12KB,10KB,9KB; (2)12KB,10KB,15KB,18KB。试问：使用最先适应算法、最佳适应算法、循环适应算法，哪个空闲区将被使用？

(1)

①最先适应算法:3→1→4

②最佳适应算法:7→1→6

③循环适应算法3→4→6

(2)

①最先适应算法:3→1→4

②最佳适应算法:7→1→8→4

③循环适应算法:3→4→8

2.一个32位计算机系统使用二级页表，虚地址被分为9位顶级页表、11位二级页表和页内偏移。试问：页面长度是多少？虚地址空间共有多少个页面？

页面长度为4KB,虚地址空间共有220个页面

3.某计算机系统提供24位虚存空间，主存空间为218Byte，采用请求分页虚拟存储管理，页面尺寸为1KB。假定应用程序产生虚拟地址11123456（八进制），而此页面分得的块号为100（八进制），说明此系统如何产生相应的物理地址并写出物理地址。

虚拟地址 (11123456)8=)2

其中前面为页号,而后十位为位移:011100101)2 ,由于主存大小为218Byte,页面尺寸大小为1KB,故主存有256块.所以物理地址为(100)8与位移(1100101110)2并接,得八进制物理地址 0101110)2=(201456)8

4.某分段管理采用如下段表：

段号

0

1

2

3

4

段长

380

20

105

660

50

内存起始地址

95

525

3300

860

1800

将虚地址（0，260）、（2，200）、（4，42）转换为物理地址。

（0，260）的物理地址为: 260+95=355

（2，200）的物理地址为: 200>105,故越界

（4，42）的物理地址为: 1800+42=1842

5.一个有快表的页式虚拟存储系统，设主存访问周期为1ㅥs

，内外存传送一个页面的平均时间为5ms。如果快表的命中率为75%，缺页中断率为10%，忽略快表的访问时间，试求主存的有效存取时间。

有效存取时间T=1×75%+2×15%+(5000+2)×10%=501.25ㅥs

6.设程序大小为460个字，考虑如下访问序列：

55，20，108，180，79，310，170，255，246，433，458，369

（1）设页面大小为100个字，试给出访问序列页面走向。

（2）假设程序可用主存为200字，采用FIFO,LRU,OPT淘汰算法，求出缺页中断率。

（1）0 0 1 1 0 3 1 2 2 4 4 3

（2）

①FIFO算法如下

页面走向

缺页率为 6÷12=50%

②LRU算法如下

页面走向

缺页率为 7÷12≈58.3%

②OPT算法如下

页面走向

缺页率为 5÷12≈41.7%

1.若两个用户共享一个文件系统，用户甲使用文件A、B、C、D、E，用户乙要使用文件A、D、E、F。已知用户甲的文件A与用户乙的文件A实际不是同一个文件，用户甲、乙的文件D和E是同一个文件。试设计一个文件系统组织方案，使得甲乙能共享此文件系统而又不致造成混乱。

0 0 1 1 0 3 1 2 2 4 4 3

0 0 1 1 0 3 1 2 2 4 4 3

0 0 1 1 0 3 1 2 2 4 4 3

甲

乙

甲文件目录

A

B

C

D

E

乙文件目录

A

D

E

F

2.设有一个UNIX/LINUX文件，如果一个盘块大小为1KB，每个盘块号占用4Byte，那么，若进程欲访问偏移量263168Byte处的数据，需要经过几次间接寻址？

逻辑块号从0开始编号

263168÷1024=257

故该数据的逻辑块号为257，偏移为0

1024÷4=256

故一个盘块可存放256个索引项

unix/linu文件系统中，前10块为直接寻址，一次间接寻址256块，

257<10+256

故需要一次间接寻址，就可读出该数据.

如果要求读入从文件首到263168Byte处的数据（包括这个数据），读出过程：首先根据直接寻

址读出前10块；读出一次间接索引指示的索引块1块；将索引下标从0~247对应的数据块全部

读入。即可。共读盘块数10+1+248=259块

3.某文件系统采用索引文件结构，设文件索引表的每个表目占用3Byte，存放盘块的块号，盘块的大小为512Byte。此文件系统采用直接、一次间接、二次间接、三次间接索引所能管理的最大磁盘空间是多少？

在该文件系统中

一个盘块可以存放512÷3≈170个索引项,512Byte=0.5KB

故直接寻址能管理的最大空间为：170×0.5KB =85KB

一次间接: 170×170×0.5KB=14450KB

二次间接: 170×170×170×0.5KB=2456500KB

三次间接: 170×170×170×170×0.5KB=417605000KB

4.设某文件为链接文件，由5个逻辑记录组成，每个逻辑记录的大小与磁盘块大小相等，均为512Byte，并依次存放在50、121、75、80、63号磁盘块上。如要访问文件的第1569逻辑字节处的信息，要访问哪一个磁盘块？

1569÷152=3⋯⋯33

该字节对应的逻辑块号为3（从0开始编号），位于该块偏移33处。因此访问第80块

盘块。

如果要读入该字节，则需从链首开始，逐块读入，直到第80块。所以总的读盘块次

数为4次。

1． 磁盘有200个磁道，编号0~199。现有请求队列：8，18，27，129，110，186，78，147，41，10，64，12。试用下面算法计算处理所有请求所移动的总柱面数。假设磁头的当前位置在磁道100。

(1) FCFS （2）SSTF （3）SCAN,磁头当前正在按升序方向移动

（4）电梯算法，磁头当前正在按升序方向移动。

(1)|100-8|+|18-8|+|27-18|+|129-27|+|110-129|+|186-110|+|78-186|+|147-78|+|41-147|+|10-47|+|64-10|+|12-64|=728

(2)|100-110|+|110-129|+|129-147|+|147-186|+|186-78|+|78-64|+|64-41|+|41-27|+|27-18|+|18-12|+|12-10|+|10-8|=264

(3)|100-110|+|110-129|+|129-147|+|147-186|+|186-199|+|199-78|+|78-64|+|64-41|+|41-27|+|27-18|+|18-12|+|12-10|+|10-8|=290

(4)|100-110|+|110-129|+|129-147|+|147-186|+|186-78|+|78-64|+|64-41|+|41-27|+|27-18|+|18-12|+|12-10|+|10-8|=264

2． 某磁盘共有200个柱面，每个柱面20个磁道，每个磁道有8个扇区，每个扇区为1024字节，每个扇区为一块。如果驱动程序接到的访问请求是读出编号为606的块（首块编号0），计算此信息块的物理位置。

磁道从0开始编号，磁头从0开始编号，扇区从0开始编号。

每个柱面的块数：20×8=160块

606÷160= 3⋯⋯26。则柱面号为3

每个柱面中每个磁头对应8块，126÷8=15⋯⋯6，则磁头号为15，扇区号为6.

因此606块对应物理位置（柱面号，磁头号，扇区号）为（3，15，6）.

3． 某操作系统采用单缓冲技术传送磁盘数据。设从磁盘传送一块数据到缓冲区的时间为T1，将缓冲区的一块数据传送到用户区的时间为T2，CPU处理这一块数据的时间为T3。系统处理大量数据时，一块数据的处理时间是多少？

MAX（T1,T3）+T2

4．简述SPOOLING系统工作原理。

SPOOLING技术是一种外围设备联机操作技术,它在输入和输出直接增加了输入井和输出井的排队转储环节,提高了设备的I/O速度.