操作系统大题2.docx
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操作系统大题2
四、计算题
1.这是一个从键盘输入到打印机输出的数据处理流图，其中键盘输入进程通过缓冲区buf1把输入数据传送给计算进程，计算进程把处理结果通过缓冲buf2传送给打印进程。
buf1和buf2为临界资源，试写出键盘输入进程，计算进程及打印进程间的同步算法。
（10分）
输入进程→buf1→计算进程→buf2→打印进程
解答：
从键盘输入到打印机输出的数据传送过程，可以看作是由键盘输入进程到计算进程，以及由计算进程到打印输出进程这两个数据传送进程所组成。
其中，对键盘输入进程而言，计算进程是消费者进程；而对打印输出进程而言，计算进程又是生产者进程。
据此可将它们之间的同步问题描述如下：
var：
mutex1，mutex2，empty1，empty2，full1，full2：
=1，1，1，1，0，0；
IP:
begin
repeat
P（empty）;
P（mutex1）;
inputacharcterfromkeyboard;
Addtobuffer;
V（mutex1）;
V（full）;
untilfalse
end
CP:
begin
repeat
P（full）;
P（mutex1）;
Takeacharactorformbuffer1;
Addtoch1;
V（mutex1）;
V（empty1）;
P（empty2）;
P（mutex2）;
Takeacharactorformch1;
Addtobuffer2;
V（mutex2）;
V（full2）;
untilfalse
end
OP:
begin
repeat
p（full2）;
P（mutex2）;
Takeacharactorfrombuffer2;
Addtoprintercontroler;
startprinter;
V（mutex2）;
V（empty2）;
untilfalse
end
2．设在一个页面大小为1K的系统中，正在处理器上执行的一个进程的页表如图所示：
页号状态位访问位修改位物理块号
01104
11117
2000-
31002
4000-
51010
起始页号和块号均为0。
1．详述在设有快表的请求分页存储管理系统中，一个虚地址转换成物理内存地址的过程。
2．下列虚地址（十进制）对应与什么物理地址：
5449，2221。
解：
（10分）
5449的物理地址为：
329
2221的物理地址为：
2221
3．设系统有三种类型的资源，数量为（4，2，2），系统中有进程A，B，C按如下顺序请求资源：
进程A申请（3，2，1）
进程B申请（1，0，1）
进程A申请（0，1，0）
进程C申请（2，0，0）
请你给出一和防止死锁的资源剥夺分配策略，完成上述请求序列，并列出资源分配过程，指明哪些进程需要等待，哪些资源被剥夺。
（10分）
解：
（10分）
①分配策略为：
当进程Pi申请ri类资源时，检查ri中有无可分配的资源：
有则分配给Pi；否则将Pi占有的资源全部释放而进入等待状态。
（Pi等待原占有的所有资源和新申请的资源）
②资源分配过程：
剩余资源
进程A：
（3，2，1） （1，0，1）
进程B：
（1，0，1） （0，0，0）
进程A：
（0，1，0）（不满足） （3，2，1）
A的所有资源被剥夺，A处于等待
进程C：
（2，0，0） （1，2，1）
C，B完成之后，A可完成。
4．设公共汽车上，司机和售票员的活动分别是：
司机：
启动车辆售票员：
上乘客
正常行车关车门
到站停车售票
开车门
`下乘客
在汽车不断地到站，停车，行使过程中，这两个活动有什么同步关系？
并用wait和signal原语操作实现它们的同步。
解：
BEGINintegerstop,run;
Stop:
=0;
Run:
=0;
COBEGIN
Driver:
BEGIN
L1:
wait（run）;
启动车辆；
正常行车；
到站停车；
signal（stop）;
GotoL1;
END
Conductor:
BEGIN
L2：
上乘客；
关车门；
signal（run）;
售票；
wait（stop）;
开车门；
下乘客；
GotoL2;
END
COEND
END
5、某虚拟存储器的用户编程空间共321KB，内存为16KB。
假定某时刻一用户页表中已调入内存的页面的页号和物理块号的对照表如下：
页号
物理块号
1
5
2
10
3
4
4
7
则逻辑地址0A5C（H）所对应的物理地址是什么？
答：
逻辑地址0A5CH）所对应的二进制表示形式是：
0000101001011100，由于1K=210，下划线部分前的编码为000010，表示该逻辑地址对应的页号为3查页表，得到物理块号是4（十进制），即物理块地址为：
0001001000000000，拼接块内地址0000000001011100，得0001001001011100，即125C（H）。
6、某段表内容如下：
段号
段首地址
段长度
0
120K
40K
1
760K
30K
2
480K
20K
3
370K
20K
一逻辑地址为（2，154）的实际物理地址为多少？
答：
逻辑地址（2154）表示段号为2，即段首地址为480K，154为单元号，则实际物理地址为480K+154。
7、设系统中有三种类型的资源（A，B，C）和五个进程（P1，P2，P3，P4，P5），A资源的数量为17，B资源的数量为5，C资源的数量为20。
在T0时刻系统状态如表1和表2所示。
（共10分）
系统采用银行家算法实施死锁避免策略。
①T0时刻是否为安全状态？
若是，请给出安全序列。
②在T0时刻若进程P2请求资源（0，3，4），是否能实施资源分配？
为什么？
③在②的基础上，若进程P4请求资源（2，0，1），是否能实施资源分配？
为什么？
④在③的基础上，若进程P1请求资源（0，2，0），是否能实施资源分配？
为什么？
表1 T0时刻系统状态
最大资源需求量
已分配资源数量
A
B
C
A
B
C
P1
5
5
9
2
1
2
P2
5
3
6
4
0
2
P3
4
0
11
4
0
5
P4
4
2
5
2
0
4
P5
4
2
4
3
1
4
表2 T0时刻系统状态
A
B
C
剩余资源数
2
3
3
8．系统中有五个进程P1、P2、P3、P4、P5，有三种类型的资源：
R1、R2、和R3。
在T0时刻系统状态如表所示。
若采用银行家算法实施死锁避免策略，回答下列问题：
（共9分，每小题3分）
1．T0时刻是否为安全状态？
为什么？
2．若这时P4请求资源（1，2，0），是否能实施资源分配？
为什么？
3．在上面的基础上，若进程P3请求资源（0，1，0），是否能实施资源分配？
为什么？
T0时刻系统状态
已分配资源数量
最大资源需求量
R1
R2
R3
R1
R2
R3
P1
0
0
1
0
0
1
P2
2
0
0
2
7
5
P3
0
0
3
6
6
5
P4
1
1
5
4
3
5
P5
0
3
3
0
6
5
R1
R2
R3
剩余资源数
3
3
0
解：
（共9分，每小题3分）
1．T0时刻是安全的，安全序列为：
P1，P4，P5，P2，P3
2．P4请求资源（1，2，0），根据银行家算法，预分配后系统是安全的，安全序列为：
P1，P4，P5，P2，P3
3．P3请求资源（1，1，0），根据银行家算法，预分配后系统不安全，所以不能实施资源分配。
9．一个进程的大小占5个页面，每页的大小为1K，系统为它分配了3个物理块。
当前进程的页表如图所示：
（共8分）
块号存在位P访问位R修改位M
0x1C
1
1
0
0x3F
1
1
1
-
0
0
0
0x5D
1
0
0
-
0
0
0
1．有那些页面不在内存？
（2分）
2．请分别计算进程中虚地址为0x3B7、0x12A5、0x1432单元的物理地址（用十六进制表示），并说明理由。
（6分）
解：
（共8分）
不在内存的是第2和4页（按页号），或第3和5页（按序号）。
（2分）
0x3B7的物理地址=0x73B7（2分）
0x12A5的物理地址=0x176A5，缺页，换出第三页。
（2分）
0x1432地址越界，出错。
（2分）
10．系统运行有三个进程：
输入进程、计算进程和打印进程，它们协同完成工作。
输入进程和计算进程之间共用缓冲区buffer1,计算进程和打印进程之间共用缓冲区buffer2。
输入进程接收外部数据放入buffer1中；计算进程从buffer1中取出数据进行计算，然后将结果放入buffer2；打印进程从buffer2取出数据打印输出。
用算法描述这三个进程的工作情况，并用wait和signal原语实现其同步操作。
（共8分）
解：
（共8分）
解答：
输入进程、计算进程和打印进程之间的同步问题描述如下：
var：
mutex1，mutex2，empty1，empty2，full1，full2：
=1，1，1，1，0，0；
InP:
begin
repeat
wait（empty1）;
wait（mutex1）;
inputadatafromkeyboard;
Addtobuffer1;
signal（mutex1）;
signal（full1）;
untilfalse
end
CalP:
begin
repeat
wait（full1）;
wait（mutex1）;
Takeadataformbuffer1;
Addtoch1;
signal（mutex1）;
signal（empty1）;
calculatech1;
wait（empty2）;
wait（mutex2）;
Takeadataformch1;
Addtobuffer2;
signal（mutex2）;
signal（full2）;
untilfalse
end
OutP:
begin
repeat
wait（full2）;
wait（mutex2）;
Takeadatafrombuffer2;
Addtoprintercontroler;
signal（mutex2）;
signal（empty2）;
startprinter;
untilfalse
end
（评分标准：
信号量设置2分，输入进程、计算进程、打印进程各2分）
11．在一个请求分页系统中，有一个长度为5页的进程，假如系统为它分配3个物理块，并且此进程的页面走向为2，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2。
试用FIFO和LRU两种算法分别计算出程序访问过程中所发生的缺页次数。
（10分）
解：
FIFO：
232152453252
第1页222555333
第2页33322255
第3页1114442
缺页中断次数=6
LUR：
232152453252
第1页22225553
第2页3352335
第3页114422
缺页中断次数=5
12.进程A1，A2，…，An通过K个缓冲区向进程B1，B2，…，Bm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消息，写入缓冲区，缓冲区大小与消息长度一致；
2．对每个消息，B1，B2，…，Bm都需接收一次，读入各自的数据区内；
3．K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wait和signal原语操作组织正确的发送和接收操作。
（10分）
解：
BEGIN
IntegerMutex,Avail[n],Full[m];
IntegerI;
Mutex:
=1;
FORi:
=1TOmDO
BEGIN
Avail[I]:
=k;
Full[I]:
=0;
END
PROCEDURESend（K）
IntegerI;
BEGIN
13．一个进程的大小为5个页面，为它分配了四个物理块。
当前每个块的情况如下表所示（都为十进制数，且从0开始计数。
）。
当虚页4发生缺页时，使用下列的页面置换算法，哪一个物理块将被换出？
并解释原因．（10分）
页号块号加载时间访问时间访问位R修改位M
206016101
1113016000
022616210
332016311
1．IFO算法
2．LRU算法
3．CLOCK算法
4．当页面的访问串为：
“4，0，0，0，2，4，2，1，0，3，2”的OPT算法
解：
1．换出第3号虚页，因为它加载的时间最早；
2．换出第1号虚页，因为它最近最久没被访问；
3．换出第1号虚页，因为它最近既没被访问，又没被修改；
4．换出第3号虚页，因为它离访问点最远。
14.用整型信号量描述在哲学家进餐问题中，至多允许4个哲学家同时进餐的算法。
（10分）
解：
publicclassdiningphilosophers{
semaphore[]fork=newsemaphore[5]
（1）;
semaphoreroom=newsemaphore（4）;
inti;
voidphilosopher（inti）{
while（true）
think（）;
wait（room）;
wait（fork[i]）;
wait（fork[（i+1）%5]）;
eat（）;
signal（fork[（i+1）%5]）;
signal（fork[i]）;
signal（room）;}
voidmain（）{
parbegin（philosopher（0）,philosopher
（1）,philosopher
（2）,
philosopher（3）,philosopher（4））;}}
15．考虑一个有150个存储器单元的系统，如下分配给三个进程：
进程最大占有
————————————————————
17045
26040
36015
使用银行家算法，以确定下面的任何一个请求是否安全：
a．第4个进程到达，最多需要60个存储单元，最初需要25个单元；
b．第4个进程到达，最多需要60个存储单元，最初需要35个单元；
如果安全给出安全序列；若不安全给出结果分配简表。
（10分）
解：
进程最大占有尚需可用
————————————————————————
170452525
2604020
3601545
4602535
安全序列为：
1、2、3、4
所以系统是安全的，可以进行分配。
b．
进程最大占有尚需可用
————————————————————————
170452515
2604020
3601545
4603525
当前可用的资源不够任何一个进程运行完毕，所以不安全。
16、（8分）在某采用页式存储管理的系统中，所有作业执行时依次访问的页号是：
1,2，3,4，3,1，5,4,6，2，1,2,5，7,3，2,4假定开始时先把前4页装入内存。
要求完成：
（1）先进先出调度算法，作业执行过程中会产生________次缺页中断。
依次淘汰的页号是____________。
（2）最近最少使用算法时，作业执行过程中会产生________次缺页中断。
依次淘汰的页号是____________。
解：
1）先进先出调度算法，作业执行过程中会产生_7_次缺页中断。
依次淘汰的页号是_1、2、3、4、5、6、2＿。
（4分）
（2）最近最少使用算法时，作业执行过程中会产生__8__次缺页中断。
依次淘汰的页号是2、3、1、5、4、6、1、5。
17、（8分）假定某移动磁盘上，处理了访问56号柱面的请求后，现在正在70号柱面上读信息，目前有下面的请求访问磁盘柱面的序列：
73,68,100,120,60,108,8，50。
请写出：
（1）用最短查找时间优先算法，列出响应的次序。
（2）用电梯调度算法，列出响应的次序。
解：
（1）用最短查找时间优先算法，响应的次序为68、73、60、50、8、100、108、120。
（2）用电梯调度算法，响应的次序为73、100、108、120、68、60、50、8。
18.设某程序大小为460字，并且它有下面的存储访问序列：
10，11，104，170，73，309，185，245，246，434，458，364
设页面大小是100字，请给出该访问序列的页面走向又设该程序基本可用内存是200字，采用先进先出置换算法（FIFO），求出其缺页率如果采用最佳置换算法（OPT），其缺页率又是多少?
（注：
缺页率=缺页次数/访问页面总数）
解：
（共10分）
根据已知条件页面大小是100字，将页面访问序列简化为：
0，0，1，1，0，3，1，2，2，4，4，3（2分）
又因为该程序基本可用内存是200字，可知内存块数为2
采用先进先出置换算法（FIFO），总共有6次缺页，缺页率为6/12=50%，具体算法如下：
（4分）
页面走向
001103122443块1003344块211223缺页缺缺缺缺缺缺
采用最佳置换算法（OPT），总共有5次缺页，缺页率为5/12=41.6%，具体算法如下：
（4分）
页面走向
001103122443块100333块21124缺页缺缺缺缺缺
19、（10分）在一个批处理单道系统中，假设有四道作业，它们的提交时间及运行时间在下表中所列，当第一个作业进入系统后开始调度，假定作业都是仅作计算，采用计算时间短的作业优先调度算法，忽略调度花费时间。
作业
进入系统时间
运行时间
开始时间
完成时间
周转时间
1
8：
00
2小时
2
8：
50
30分钟
3
9：
00
6分钟
4
9：
30
12分钟
（1）求出每个作业开始时间、完成时间及周转时间并填入表中。
（2）计算四个作业的平均周转时间应为________.
解：
（1）每空0.5分，6分。
作业
进入系统时间
运行时间
开始时间
完成时间
周转时间
1
8：
00
2小时
8:
00
10:
00
120分钟
2
8：
50
30分钟
10:
18
10:
48
118分钟
3
9：
00
6分钟
10:
00
10:
06
66分钟
4
9：
30
12分钟
10:
06
10:
18
48分钟
（2）四个作业的平均周转时间应为88分钟.（
20．（4分）一个由3个页面（页号为0、1、2），每页有2048个字节组成的程序，假定在某时刻调入8个物理块的内存，其页面的页号和物理块号的对照表如下：
逻辑页号主存块号
04
17
21
请根据页表，计算下列给出的逻辑地址对应的绝对地址。
（1）100
（2）2617（3）5196
答：
（4分）
首先根据逻辑地址查页表，得到主存的块号，再根据公式绝对地址=块号×块长+页内地址进行计算。
（1）100的页号为0（100/2048=2），页内地址为100mod2048=100；查表得主存块号为4，于是绝对地址=4×2048+100=8292；
（2）2617的页号为1（2617/2048=1），页内地址为2617mod2048=569；查表得主存块号为7，于是绝对地址=7×2048+569=14905；
（3）5196的页号为2（5196/2048=2），页内地址为5196mod2048=1100；查表得主存块号为1，于是绝对地址=1×2048+1100=3148；
（注：
mod为取模运算，即求余数）
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