操作系统大题全集

2．进程A1，A2，．．．，Anl通过m个缓冲区向进程B1，B2，．．．，Bn2不断地发送消息，发送和接收工作遵循如下规则：（1）每个发送进程一次发送一个信息，写入一个缓冲区，缓冲区大小与消息长度一样；（2）对每一个消息，B1，B2，．．．，Bn2都需各接收一次，读入各自的数据区内；（3）m个缓冲区都满时，发送进程等待，没有可读的消息时，接收进程等待。试用P、V操作组织正确的发送和接收操作。解答：这是一个变形的生产和消费问题。每个缓冲区只需写一次，但需读n2次。可以把一组缓冲区看做n2组缓冲区，这样，每个生产者需要同时写n2个缓冲区组中相应的n2个缓冲区，而每一个消费者只需读它自己对应的那组缓冲区中的单元。生产者须在n2个缓冲区都为空闲是方可写入，这时，就可以用n2组信息量（avail,free）来实现这一流程，具体流程如下：BEGINintegermutex,avail[n2],full[n2];integerI;mutex:=1;forI:=1ton2dobeginavail[I]:=m;full[I]:=0;end;proceduresend[M]integerI;beginforI:=1ton2dobeginP(avail[I]);end;P(metux);将消息放入缓冲区;forI:=1ton2dobeginV(full[I]);end;V(metux)end;procedurereceive(M,I)beginP(full[I]);P(metux);从缓冲区中取消息;V(avail[I]);V(mutex);end;CobeginAi:begin……..send[M]………endBi;begin…….Receive(M,i);………end;Coend;end;3．设系统中仅有一类数量为M的独占型资源，系统中有N个进程竞争该类资源，其中各进程对该类资源的最大需求数为W，当M，N，W分别取下列值时，试判断哪些情况会发生死锁，为什么？（1）M=2，N=2，W=1（2）M=3，N=2W=2（3）M=3，N=2，W=3（4）M=5N=3W=2（5）M=6N=3W=3解答：（1）不会发生死锁。因为系统中只有两个进程，每个进程的最大需求量为1，且系统中资源总数为2，系统能够满足两个进程的最大资源需求量，故不会发生死锁。（2）不会发生死锁。因为系统中有两个进程，每个进程的最大资源需求量为2，且系统中资源总数为3，无论如何分配，两个进程中必有一个进程可以获得两个资源，该进程将顺利完成，从而可以将分配给它的资源归还给系统，使另一个进程也能顺利执行完成，故不会发生死锁。（3）可能发生死锁。因为系统中有两个进程，每个进程的最大资源需求量为3，且系统中资源总量为3，若系统先将全部资源分配给其中一个过程，则该进程将顺利完成，从而可将分配给它的资源归还给系统，使另一进程也能顺利完成，以这种方式分配资源时不会发生死锁；若系统将两个资源分配给一个过程，而剩余的一个资源分配给另一个进程，则系统中没有空闲资源，而每个进程都需要等待资源，此时发生死锁。（4）不会发生死锁。因为系统中有3个过程，每个进程的最大资源需求量为2，且系统中资源总量为5，无论如何分配，3个进程中必有一个进程可以获得2个资源，该进程将顺利完成，从而可以将分配给它的资源归还给系统，使其他进程也能顺利执行完成，故不会发生死锁（5）可能会发生死锁。因为系统中有3个进程，每个进程的最大资源需求量为3，且系统中资源总数为6，若系统先将3个资源分配给其中一个过程，则该进程将顺利完成，从而可将分配给它的资源归还给系统，使其他进程也能顺利完成，以这种方式分配资源时不会发生死锁；若系统给每个进程分配两个资源，则系统中没有空间资源，而每个进程都需要等待一个资源，此时发生死锁。4．设某作业占有7个页面，如果在主存中只允许装入4个工作页面（即工作集为4），作业运行时，实际访问页面的顺序是1，2，3，6，4，7，3，2，1，4，7，5，6，5，2，1。试用FIFO与LRU页面调度算法，列出各自的页面淘汰顺序和缺页中断次数，以及最后留驻主存4页的顺序（假设开始的4个页面已装入主存）。解答：对ＦＩＦO算法：页面淘汰顺序为１，２，３，６，４，７；缺页中断６次；最后留驻主存４页的顺序为：２，１，５，6。对ＬＲＵ的算法；页面淘汰顺序为１，２，６，４，７，３，２，１，４，７缺页中断１０次；最后留驻主存４页的概率：６，５，２，１注：假定前面四页１，２，３，６已在主存5．在某请求分页管理系统中，一个作业共５页，作业执行时依次访问如下页面：１，４，３，１，２，５，１，４，２，１，４，５若分配给该作业的主存块数为３，分别采用ＦＩＦＯ，ＬＲＵ页面置换算法，试求出缺页中断的次数及缺页率。解答：（1）采用ＦＩＦＯ页面置换算法，缺页中断的次数为９，缺页率9/１２＝７５％（２）采用ＬＲＵ页面置换短法缺页中断的次数为８，缺页率８／１２＝６７％6．设内存中有三道程序A，B，C，它们按A/B/C的优先次序执行，它们的计算和I/O操作的时间如表所1-1示（单位；MS）表1-13道程序的操作时间ABC计算204010I/O302030计算101020假设3道程序使用相同设备进行I/O操作，即程序以串行方式使用设备，试画出单道运行和多道运行的时间关系图（调度程序执行时间忽略不计）在两种情况下，完成这三道程序各要花多少时间？解答：若采用单道方式运行三道程序，则运行次序为A，B，C，即程序A先执行20MS的计算，再完成30MS的I/O操作。最后在进行10MS的计算。接下来程序B先执行40MS的计算，再完成20MS的I/O操作。最后在进行10MS的计算。然后程序C先执行10MS的计算，再完成30MS的I/O操作。最后在进行20MS的计算。至此，三到程序全部运行完毕，其程序运行的时间关系如图1-1所示总的运行时间为20+30+10+40+20+10+10+30+20=190ms若采用都道方式运行三道程序，因系统按照A，B，C的优先次序执行，则在运行过程中，无论使用CPU还是I/O设备，A的优先级最高，B的优先级次之，C的优先级最低，即程序A先执行20MS的计算，再完成30MS的I/O操作（与此同时，程序B进行30MS的计算），最后在进行10MS的计算（此时程序B等待，因还继续10MS计算）：接下来程序B先执行10MS的计算，再完成20MS的I/O操作（与此同时，程序C进行10MS的计算，然后等待I/O的设备），最后在进行10MS的计算（此时程序C执行I/O操作10MS）。然后程序C先执行20MS的I/O操作，最后在进行20MS的计算。至此，三到程序全部运行完毕，其程序运行的时间关系如图1-2所示总的运行时间为20+30+10+10+20+10+10+20+30=140ms程序操作I/O计算时间ms0205060100120130140170190AAABBBCCC7．在南京大学和天津大学的之间有一条弯曲的小路，其中从S到T一段路每次只允许一辆自行车通过，但中间有一个小的安全岛M（同时允许两辆自行车停留），可供两辆自行车在以从两端进入小路情况下错车使用，如下图所示，试设计一个算法，使来往的自行车辆均靠顺利通过。解答：对于这一类问题，关键在于正确分析所需控制的对象、工作流程以及控制关系。在这一问题中，根据从S到T路段的特点，可以把它分为3个小段：从S到K，驶进安全岛M，从L到T。路段S到K及L到T，只允许一辆自行车通过（即一个进程使用），而安全岛M允许两辆自行车通过（即两个进程使用）。对它们分别用3个信号量来管理。再注意到同时最多只能由一个方向的一辆自行车通过，因此每个方向的自行车还要用一个信号量来控制。用bikeT_to_N和bikeN_to_T分别表示从天津大学到南开大学和从南开大学到天津大学I/O计算时间ms0205060708090100120140AAABBBCCCBM南开大学天津大学SKLT两个方向的自行车。控制流程如下：BeginInteger:N_to_T,T_to_N,L,M,K;N_to_T:=1;T_to_N:=1;L:=1;M:=2;K:=1;ProcedurebikeT_to_N()BeginP(T_to_N);P(L);GothroughTtoL;P(M)；GointoM；V(L);P(K);GothroughKtoS;V(M);V(K);V(T_to_N);End;ProcedurebikeN_to_T()BeginP(N_to_T);P(K);GothroughStoK;P(M)；GointoM；V(K);P(L);GothroughLtoT;V(M);V(L);V(N_to_T);End;End;8．例：在银行家算法中，若出现表2-4所示的资源分配情况，试问：1．该状态是否安全？2．如果进程P2提出请求Request2(1,2,2,2)后，系统能否将资源分配给它。表2-4资源分配表AllocationNeedAvailableABCDABCDABCDP0003200121622P110001750P213542356P303320652P400140656解答：（1）利用银行家算法对此时刻的资源分配情况进行分析，可得表2-5所示的安全性分析情况。表2-5安全性检查表从以上情况分析可以看出，此时存在一个安全序列{p0,p3,p4,p1,p2},故该状态是安全的。（2）P2提出请求Request2(1,2,2,2)。按银行家算法进行检查：Request2(1,2,2,2)=need(2,3,5,6)Request2(1,2,2,2)=available(1,6,2,2)试分配并修改相应数据结构，资源分配情况如表2-6所示。表2-6P2申请资源后的资源分配表再利用安全性检查算法检查系统是否安全，可用资源available(0,4,0,0)已不能满足任何进程的需要，此时系统不能将资源分配给P2。WorkNeedAllocationWork+AllocationFinishABCDABCDABCDABCDP01622001200321654truetruetruetruetrueP31654065203321986P419861750001419910P1199100656100029910P229910235613543121414AllocationNeedAvailableABCDABCDABCDP0003200120400P110001750P213541134P303320652P400140656资源情况进程资源情况进程资源情况进程9．有桥如图2-7所示。车流如箭头所示，桥上不允许两车交会，但允许同方向多辆车依次通行（即桥上可以有多个同方向的车）。用P、V操作实现交通管理以防止桥上阻塞。解答：由于桥上不允许两车相会，故桥应该互斥访问，而同一方向上允许多辆车一次通过，即临界区允许多个实例访问。用同一信号量来互斥访问临界区。由于不能允许某一方向的车完全“控制桥”，应保证最多某一方向上连续通过一定数量的车后，必须让另一方向的车通过，可以通过3个信号量来控制。具体程序如下：BeginInteger:mutex,availn,abails;Mutes:=0;avialn:=m;avails:=m;CobeginSouth:beginP(avails);P(mutex);过桥；V(mutex);V(avails);End;North:beginP(availn);P(mutex);过桥；V(mutex);V(availn);End;Coend;End;10．设系统中有三类资源A、B和C，又设系统中有5个进程P1，P2，P3，P4和P5.在T0时刻系统状态如下：最大需求量已分配资源量剩余资源量北南桥ABCABCABCP1864121211P2433311P31013413P4333322P5546113(1)系统是否处于安全状态？如是，则给出进程安全序列.(2)如果进程P5申请1个资源类A、1个资源类B和1个资源类C，