操作系统习题课1
操作系统第五版费祥林-课后习题答案参考
操作系统第五版费祥林-课后习题答案参考1. 习题一a) 内容描述:- 系统调用是操作系统提供给用户程序的一组接口，用于访问操作系统的功能和服务。
- 系统调用是以进程的方式运行的，通过软中断或硬中断触发，并返回一个状态值，表示系统调用的执行结果。
b) 答案:系统调用的主要目的是提供一种安全的方式，让用户程序能够访问操作系统的特权功能。
通过系统调用，用户程序可以进行文件操作、网络通信、进程管理等功能。
2. 习题二a) 内容描述:- 进程是计算机中正在运行的程序的实例。
- 进程由程序代码、相关数据和执行上下文组成。
- 进程拥有自己的虚拟内存空间、寄存器状态和资源。
- 进程可以通过操作系统的调度机制进行切换和调度。
b) 答案:进程的主要特征包括并发性、独立性和随机性。
并发性指的是多个进程可以同时存在和执行；独立性指的是进程拥有独立的资源和执行上下文；随机性指的是进程的执行顺序和时间不确定。
3. 习题三a) 内容描述:- 死锁是指两个或多个进程因为竞争有限的资源而无法继续执行的状态。
- 死锁发生的原因包括互斥、占有且等待、不可抢占和循环等待。
b) 答案:死锁的预防和避免是操作系统中重要的问题。
预防死锁的方法包括破坏死锁产生的条件，如破坏互斥条件、破坏占有且等待条件等；避免死锁的方法包括资源分配图和银行家算法。
4. 习题四a) 内容描述:- 页面置换算法是操作系统中用于管理虚拟内存的重要手段。
- 页面置换算法的目标是在有限的物理内存空间中有效地管理大量的进程和页面。
- 常见的页面置换算法有FIFO、LRU和LFU等。
b) 答案:页面置换算法的选择依赖于系统的具体需求和资源限制。
FIFO算法是最简单的页面置换算法，它总是选择最先进入内存的页面进行置换；LRU算法则是根据页面最近被访问的频率进行置换；LFU算法是根据页面被访问的次数进行置换。
5. 习题五a) 内容描述:- 文件系统是操作系统中负责管理文件和目录的一组服务和数据结构。
操作系统--习题课1-第二章
第二章进程的描述与控制-习题【例1】我们为某临界区设置一把锁W，当W=1时，表示关锁；W=0时表示锁已经打开。
试写出开锁和关锁原语，并利用他们实现互斥。
分析：在用锁实现互斥时，必须为每个临界资源设置一把锁W，值得注意的是锁W只能有开或关两种状态，相应地W只能取0或1两个值。
进行关锁操作时，若W处于开的状态，则表示相应的临界资源空闲，进程只需将锁的状态置为关，便可直接进入临界区；否则，若W已处于关状态，则表示其他进程正在使用临界资源，故执行关锁操作的进程必须等待。
进行开锁操作时，则必须将锁的状态置为开状态，以允许其他进程使用临界资源。
答：相应的关锁原语lock(W)和开锁原语unlock(W)可描述为：lock(W): while(W==1);W=1;unlock(W): W=0;在利用关锁原语和开锁原语实现进程互斥时，可将临界区CS放在其间，即：lock(W);CS;unlock(W);【例2】在所示图中，有一计算进程和打印进程，他们共享一个单缓冲区，计算进程不断地计算出一个整型结果并将它放入单缓冲区中，打印进程则负责从单缓冲区中取出每一个结果进行打印，请用信号量来实现它们的同步关系。
分析1：可从临界资源的角度来思考，先找临界资源，并为每种资源设置信号量，在访问临界资源之前加wait操作来申请资源，访问完临界资源后加signal操作来释放临界资源。
本题中有两类临界资源，第一类是计算进程争用的空闲缓冲区，初始状态下有一个缓冲区可供使用，故可为它设置初值为1的信号量empty；第二类是打印进程争用的已放入缓冲中的打印结果，初始状态下缓冲中无结果可供打印，故可为它设置初值为0的信号量full。
答1：具体的同步算法可描述为：semaphore full=0, empty=1;int buffer;cp(){int nextc;while(1){compute the next number in nextc;wait(empty);buffer=nextc;signal(full);}}pp(){int nextp;while(1){wait(full);nextp=buffer;signal(empty);print the number in nextp;}}main(){cobegincp(); pp();coend}其实，本题是一个n=1的生产者—消费者问题，与常规的生产者—消费者问题的算法比较一下，可以发现：单缓冲的情况下，缓冲区只需要简单变量来描述，而不必再用数组；另外，也不再需要in(out)指针来指示产品放到（取自）哪个缓冲区，而且，由于此时生产者、消费者不可能同时访问缓冲区，所以原来的mutex信号量也不再需要。
操作系统习题 (1)
系统调用
10
填空3
在存储器管理中，页面是信
息的
物单理位，分段是信息的
单位。页面逻大小辑由 确 定 系，统分 段 大 小 由
____________确定。
5
计算5 某虚拟存储器的用户编程 空间共32个页面，每页为1KB， 内存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：
6
页号 物理块号
0
3
1
7
2
11
3
8
则逻辑地址ห้องสมุดไป่ตู้A5C(H)所对应 的物理地址是什么？
7
解答： 0A5C(H)： 0000 1010 0101 1100
解答：逻辑地址： 211╳24，为15位 内存大小为： 23╳211=214 B=16KB
4
计算4
• 一个有快表的请页式虚存系统，设内存访问周期为1微秒，内外存传送一个 页面的平均时间为5毫秒，如果快表命中率为75%，缺页中断率为10%。忽略 快表访问时间，试求内存的有效存取时间。
解答： 内存命中率15% 内存的有效存取时间： 1╳75%+2╳15%+(5000+2)╳10%=501.25微秒
用户程序
11
判断对错并改正
虚拟存储器不是物理上扩大 内存空间，而是逻辑上扩充了
内存容量。（ ）
12
习题课（2）
存储管理
1
计算1
• 一个32位地址的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 二级页表和偏移。试问：页面长度是多少？虚地址空间共有多少个页面？
计算机操作系统-课后习题答案-张尧学
合理地组织计算机工作流程，并为用户提供一个良好的工作环境和友好的接口。
操作系统的基本功能包括：处理机管理、存储管理、设备管理、信息管理（文件系统管理）和用户接类，把一批作业编成一个作业执行序列，由专门编制的监督程序（monitor）自动依次处理。
其主要特征是：用户脱机使用计算机、成批处理、多道程序运行。
分时系统（timesharingoperationsystem）：把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮转的方式，把处理机分配给各进程使用。
其主要特征是：交互性、多用户同时性、独立性。
实时系统（realtimesystem）：在被控对象允许时间范围内作出响应。
其主要特征是：对实时信息分析处理速度要比进入系统快、要求安全可靠、资源资源，并不是真正地同时值行多个作业；而多重处理（multiprocessing）系统配置多个CPU，能真正同时执行多道程序。
要有效使用多重处理，必须采用运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备户方式、SPOOLING（Simultaneous Peripheral OperationsOnline）系统和网络输入方式，各有如下特点：（1）联机输入方式：用户和系统通过交互式会话来输入作业。
（2）脱机输入方式：又称预输入方式，利用低档个人计算机作为外围处理机进行输入处理，存储在后备存储器上，然后将此后援存储器连接到高速外围设备上和主机相连，从而在较短的时间内完成作业的输入工作。
（3）直接耦合方式：把主机和外围低档机通过一个公用的大容量外存直接耦合起来，从而省去了在脱机输入中那种依靠人工干预宋传递后援存储器的过程。
（4）SPOOLING系统：可译为外围设备同时联机操作。
在SPOOLING系统中，多台外围设备通过通道或DMA器件和主机与外存连接起来，作业的输入输出过程由主机中的操作系统控制。
（5）网络输入方式：网络输入方式以上述几种输入方式为基础，当用户需要把在计算机网络中某一台主机上输入的信息传送到同一网中另一台主机上进4.试述spooling 系统的工作原理6．操作系统为用户提供哪些接口?它们的区别是什么?接口，用户利用这些操作命令来组织和控制作业的执行或管理计算机系统。
操作系统 习题课1 答案
(2) 用类Pascal语言和Wait, Signal操作写出这些进
程间的同步算法。
答：(1) 应编写1个程序；设置2个进程；
进程与程序间的对应关系是：多对1。
(2) begin
S1:=100 (有100个座位) S2:=0 (没有阅读者) mutex: =1 cobegin P1: repeat Wait(S1); wait(mutex); 登记信息; Signal(muetx); Signal(S2)
习题课1 答案
•习题课：
Wait.Signal 操作必须成对出现，有一个Wait 操作就一定有一个Signal 操作 当为互斥操作时，它们同处于同一进程 当为同步操作时，则不在同一进程中出现 如果Wait(S1) 和 Wait(S2)两个操作在一起， 那么Wait 操作的顺序至关重要,一个同步Wait 操作与一个互斥Wait 操作在一起时同步Wait 操作在互斥 Wait 操作前 而两个Signal 操作无关紧要
为防止死锁发生可采取的措施： • 最多允许4个哲学家同时就餐； • 仅当一个哲学家左右两边的筷子都可用时， 才允许他拿筷子（）； • 给所有哲学家编号，奇数号的哲学家必须首 先拿左边的筷子，偶数号的哲学家则反之 为了避免死锁，把哲学家分为三种状态， 思考，饥饿，进食，并且一次拿到两只筷子， 否则不拿
西安交大操作系统第一次习题课
•请将以下描述这两个活动的PV操作补充完整：
Semaphore s1=0; Semaphore s2=0; main() {cobegin driver(); conductor(); Coend; }
driver() {while(1) {p(s1); 启动车辆； 正常行车； 到站停00个座位。读者进 入时必须先在一张登记表上登记，该表为 每一座位列一表目，包括座号和读者姓名。 读者离开时要消掉登记内容。试用P／v操 作描述读者进程的同步结构。 解析：定义信号量以及相应变量 mutex: semaphore; 互斥信号量 full: semaphore; 同步信号量 table: array 0.. n-1 of item ;
• 解答： • 首先分析两个进程之间的同步关系。汽车行驶过 程中，司机活动与售票员活动之间的同步关系为： – 售票员关车门后，向司机发开车信号 – 司机接到开车信号后起动车辆 – 在汽车正常行驶过程中售票员售票 – 到站时司机停车 – 售票员在车停后开车门让乘客下车 • 定义两个信号量s1：表示是否允许司机起动车辆， s2：表示是否允许售票员开门。初值为0。
begin
seminitial (mutex,1 ; barbers, 0; customers,0); waiting=0; chairs=10; cobegin barber; customer; ….. customer; coend end
Assignment: Extra problem 1
consumer:
p(product);
p(mutex); //remove product
p(mutex);
p(product); //remove product
操作系统-课后习题
5．何谓脱机I/O和联机I/O？答：脱机I/O:程序和数据的输入和输出都是在外围机的控制下完成的在脱离主机的情况下进行的。
联机I/O:是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。
了解：【假脱机：在联机情况下实现的同时操作的技术。
】11．OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？答：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性。
13. 什么是时分复用技术?举例说明它能提高资源利用率的根本原因是什么。
答:时分复用技术：将资源在不同的时间片内分配给各进程以使该资源被重复利用，从而提高资源的利用率。
原因: 如采用时分复用技术的虚拟处理机，能够在不同的时间片内处理多个用户的请求，从而使得用户感觉自己独占主机，而处理机在这期间也被充分的利用。
了解:空分复用技术：让同一个频段在不同的空间内得到重复利用，称之为空分复用。
2. 画出下面四条诧句的前趋图: S1:a=x+y;S2:b=z+1; S3:c=a-b ；S4:w=c+1;6．试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序。
答：(1)动态性是进程最基本的特性，表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，由撤销而消亡。
进程有一定的生命期，而程序只是一组有序的指令集合，是静态实体。
(2)并发性是进程的重要特征，同时也是OS 的重要特征。
引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行，而程序是不能并发执行的。
(3)独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。
对于未建立任何进程的程序，不能作为独立单位参加运行。
11．试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。
答：（1）就绪状态→执行状态：进程分配到CPU 资源 （2）执行状态→就绪状态：时间片用完 （3）执行状态→阻塞状态：I/O 请求 （4）阻塞状态→就绪状态：I/O 完成了解:三个基本状态是什么:(1)就绪状态 (2)执行状态 (3)阻塞状态第三章1．高级调度不低级调度的主要仸务是什么？为什么要引入中级调度？ 答:高级调度的主要任务：用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存，并为它们创建进程，分配必要的资源，然后，再将新创建的进程插入就绪队列上，准备执行。
《操作系统》习题集：第1章 引论
第1章引论习题集一、选择题1.操作系统是对（）进程管理的软件。
【＊，联考1.1】A. 软件B. 硬件C. 计算机资源D. 应用程序2.操作系统是提供了处理机管理、（）管理、设备管理和文件管理的软件。
【＊，★，联考1.1】A. 存储器B. 用户C. 软件D. 数据3.从用户的观点看，操作系统是（）。
【＊，联考】A. 用户与计算机之间的接口B. 控制和管理计算机资源的软件C. 合理地组织计算机工作流程的软件D. 由若干层次的程序按一定的结构组成的有机体4.以下选项中，（）不是操作系统关心的主要问题。
【＊，★，联考1.1】A. 管理计算机裸机B. 设计、提供用户程序与计算机硬件系统的界面C. 管理计算机系统资源D. 高级程序设计语言的编译器5.以下不属于操作系统管理范畴的是（）。
【＊，联考1.1】A. CPUB. 编写程序C. 主存D. 中断6.配置了操作系统的计算机是一台比原来的物理计算机功能更强的计算机，这样的一台计算机只是一台逻辑上的计算机，称为（）计算机。
【＊＊，★，联考】A. 并行B. 真实C. 虚拟D. 共享7.在操作系统中，对系统中的信息进行管理的部分通常称为（）。
【＊，联考1.1】A. 数据库系统B. 软件系统C. 文件系统D. 检索系统8.在操作系统中，并发性是指若干事件（）发生。
【＊＊，★，联考】A. 在同一时刻B. 一定在不同时刻C. 某一时间间隔内D. 依次在不同时间间隔内9.下面（）不是程序在并发系统内执行的特点。
【＊＊，联考1.1】A. 程序执行的间断性B. 相互通信的可能性C. 产生死锁的必然性D. 资源分配的动态性10.操作系统的不确定性是指（）。
【＊＊，★，联考】A. 程序运行结果的不确定性B. 程序运行次序的不确定性C. 程序多次运行时间的不确定性D. B和C11.在操作系统中，（）负责对进程的调度。
【＊，联考】A. 处理机管理B. 作业管理C. 高级调度管理D. 存储和设备管理12.以下不属于衡量操作系统性能指标的是（）。
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1、什么是进程？它与程序有什么不同？进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。
进程和程序的区别：①进程是程序处理数据的过程，而程序是一组指令的有序集合；②进程具有动态性、并发性、独立性和异步性，而程序不具有这些特性；③从进程的结构特性上看，它包含程序；④进程和程序并非一一对应。
2、为什么要引入进程的概念？程序并发执行时产生了一系列程序顺序执行时所没有的新的特点，传统的“程序”概念已不足以描述和刻画他们，为此引入“进程”的概念，以实现程序在多道系统中的并发执行。
3、什么叫进程同步和互斥？举例说明进程同步是指一个进程的执行会因为等待另一个进程的某个事件而受到影响。
例如消息发送原语与消息接收原语的执行。
进程互斥是指一个进程正在使用某个系统资源，另一个想用该资源的进程就必须等待，而不能同时使用。
例如死锁现象，正是由于进程的互斥，同一个系统资源不能同时被多个进程使用，才会出现互相等待的状态，造成死锁。
5、请求分页技术和简单分页技术之间的根本区别是什么？根本区别是：（1）请求分页技术在作业运行之前，只要求把作业当前所需要的一部分页面装入主存，其它部分放入辅存，当需要其它的页面时，再把所需页面调入主存，从而实现了存储扩充，使得小存可以运行大作业。
（2）简单分页技术在作业运行之前，要把全部作业都装入主存，没有实现存储扩充。
6、什么是死锁？造成死锁的根本原因是什么？在系统中某个进程提出资源请求后，使得若干进程在无外力作用下永远不能前进（继续运行），系统处于停滞状态，这种现象称为死锁。
处于死锁状态的进程称为死锁进程。
死锁大多是由于并发进程共享临界资源引起的，死锁与时间相关。
产生死锁的根本原因是：（1）系统资源不足；（2）进程运行推进的顺序不合适；（3）资源分配不当之处。
7、什么是分页？什么是分段？二者有何主要区别？分页是将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的页（或称页面），存空间分成与页相同大小的物理块（或称页框）。
在为进程分配存时，以块为单位进行分配，每页分配一块。
系统为每个进程建立一页面映射表（简称页表），记录相应页在存中对应的物理块号。
分段是将程序的地址空间被分成若干个段，每段采用连续的地址空间。
这样程序的逻辑地址就形成一个二维地址，由段号和段地址两部分组成。
系统为每段分配一个连续区域（相当于一个分区），各段可以存放在不同的分区中，即段与段之间的地址是不连续的。
系统为每个进程建立一段表，记录该段在存中的起始地址和段长。
区别：①页是信息的物理单位，页的容通常无完整意义；而段是信息的逻辑单位，段的容具有完整的逻辑意义②页的大小固定且由操作系统决定；而段的长度不固定，取决于用户所写的程序。
③分页的作业地址空间是一维线性连续的；而分段的作业地址空间是二维的。
④分页的活动对用户是透明的；而分段是用户可见的活动。
8、什么是操作系统的基本功能？9、什么是请求分页存储管理？其最大的优点是什么？（1）请求页式管理是动态页式存管理的一种，它在作业或进程开始执行之前，不把作业或进程的程序段和数据段一次性的全部装入存，而只装入被认为是经常反复执行和调用的工作区部分。
其他部分则在执行过程中动态装入。
（2）请求页式管理的调入方式是，当需要执行某条指令而又发现它不在存时，或当执行某条指令需要访问其他数据或指令时，而这些数据和指令又不在存中，从而发生缺页中断，系统将外存中相应的页面调入存。
（3）请求页式管理的最大优点就是实现了对主存的虚拟扩充，从而解决了小存运行大作业问题。
10、什么是缓冲？为什么要引入缓冲？缓冲：缓冲即是使用专用硬件缓冲器或在存中划出一个区域用来暂时存放输入输出数据的器件。
原因：为了缓解CPU与I/O设备速度不匹配的矛盾、为了减少外设中段CPU的次数、为了提高CPU与I/O 设备之间的并行性。
11、文件系统主要功能有哪些？文件系统的主要功能有：①文件的读/写管理；②文件目录管理；③文件存储空间管理；④文件保护与共享；⑤提供方便的接口；⑥文件系统的可靠性和一致性。
12、存储管理主要有哪些功能？存储管理主要有：①管理和分配存；②地址映射；③存的保护和共享；④提高存使用效率和提高存访问时间13、什么叫地址再定位？在什么情况下要采用地址再定位？地址再定位：即把逻辑地址转换为物理地址的过程。
14、简述缓冲池的管理方法。
15、试述UNIX系统文件存储空间的管理。
五、问答题/计算题/证明题/算法设计题（每题10分，共20分）。
1、在一个盒子里，混装了数量相等的围棋白子和黑子，现在要用自动分拣系统把白子和黑子分开。
该系统设有两个进程P1和P2，其中P1拣白子，P2拣黑子。
规定每个进程每次只拣一子，当一进程正在拣子时，不允许另一个进程去拣，当一进程拣了一子时，必须让另一进程去拣，试写出两个并发进程能正确执行的算法。
解：main(){ int S1=1; //进程P1的私有信号量，初始值为1int S2=0; //进程P1的私有信号量，初始值为0int n=1000;//围棋所有黑子和白子总数while(n!=0){ P1(); //拣白子进程P2(); //拣黑子进程}}P1( ){ p(S1);拣白子；n=n-1V(S2);}P2(){ p(S2);拣黑子；n=n-1;V(S1);}2、某段式存储管理中采用如下表所示的段表。
（1）给定段号和段地址，说明段式管理中的地址变换过程。
（2）计算［0，430］，［1．10］，［2，500］，［3，400］，［4，20］，［5，100］的存地址，其中方括号的第一元素是段号，第二元素是段地址。
（3）说明存取主存中的一条指令或数据至少要访问几次主存。
答：（1）为了实现从逻辑地址到物理地址的变换，在系统中需要设置段表寄存器，存放段表起站地址和段表长度TL。
在进行地址变换时，系统将逻辑地址中的段号S与段表长度TL进行比较。
若S＞TL，则表示段号太大，是访问越界（段号越界），产生越界中断。
若未越界，则根据段表的起始地址和段号，计算出该段对应段表项的位置，从中读出该段在存中的起始位置和段长SL，再检查段地址d是否超过该段的段长SL。
若超过，即d＞SL，则同样发出越界中断信号（段地址越界）；若未越界，则将该段的起始地址与段地址d相加，即得要访问的存物理地址。
（2）［0，430］的物理地址是219＋430=649。
［1，10］的物理地址是3300＋10=3310。
因 500＞100，所以［2，500］越界（段地址越界）。
［3，400］的物理地址是1237＋400=1637。
［4，20］的物理地址是1952＋20=1972。
因 5＞4，所以［5，100］越界（段号越界）。
（3）存取主存中的一条指令或数据至少要访问2次主存。
一次是访问段表，另一次是访问需要的指令或数据。
3、假设某系统中有4种资源（R1，R2，R3，R4），在某时刻系统中共有5个进程。
进程P1，P2，P3，P4，P5的最大资源需求数向量和此时已分配到的资源数向量分别为进程当前已分配到资源最大资源需求P1 （0，0，1，2）（0，0，1，2）p2 （2，0，0，0 ）（2，7，5，0 ）P3 （0，0，3，4）（6，6，5，6）P4 （2，3，5，4）（4，3，5，6）P5 （0，3，3，2）（0，6，5，2）系统中当前可用资源向量为（2，1，0，0）。
问：（1）当前系统是否是安全的？（2）如果进程3已发出资源请求向量（0，1，0，0），系统能否将资源分配给它？4、考虑下述页面走向：1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6当存块数量分别为4，5时，试问LRU，FIFO，OPT这三种置换算法的缺页次数各是多少？（初始存块中无页面）5、页系统，主存容量为64K Byte 页面大小为1K Byte ,对一个4页大的作业，其0、1、2、3页分别被分配到主存的2、4、6、7块中。
将十进制逻辑地址1023、2500、3500、4500转换成物理地址。
每个页为1KB即1024B，由1023/1024可得页号为0，地址为1023，查页表可知主存块号为2，因此1023的物理地址为2×1024＋1023＝3071由2500/1024得页号为2，地址为452，主存块号为6，2500的物理地址为6×1024＋452＝6596由3500/1024得页号为3地址为428，主存块号为73500的物理地址为7×1024＋428＝75966、考虑由n个进程共享的具有m个同类资源的系统，证明：如果对i=1，2，3，…，n，有Needi>0（即n个进程中的任一进程的资源需求数都大于0），而且所有进程的最大资源需求量之和小于m+n，那么该系统是死锁无关的。
证明：设每个进程的最大资源需求量是Ri（1 i n）。
在最坏情况下，每个进程都得到了Ri－1个资源，并且都需要申请最后一个资源。
这时，系统中该类资源的剩余量为：m－∑（Ri－1）。
此时只要系统还有各异资源可用，就可以满足其中一个进程的需求，该进程就可以运行完成并释放出其所占有的所有资源，进而，其它进程所需的资源就可得到满足。
因此，如果m－∑（Ri－1）>=1成立，即∑Ri<=m+n-1时系统不会发生死锁。
故当n个进程最多需要的资源数之和小于m＋n时，该系统是死锁无关的。