《操作系统》习题课分析

计算题类型：
1.重定位地址计算：
1)给定逻辑地址，计算物理地址（分段或分页，一级页表或二级页表）
2)给定逻辑地址LA，页长度，计算逻辑地址的页号和偏移
3)给定物理地址RA，页帧长度，计算物理地址的页帧号和偏移
2.有效内存访问时间计算：
给定内存访问时间、快表访问时间及快表命中率、调页时间及缺页率，计算有效内存访问时间
3.磁盘地址及容量计算：
1)给定一维的逻辑扇区编址A，柱面数C、磁头数H、扇区数S，计算物
理c、h、s
2)给定柱面数C、磁头数H、扇区数S，计算磁盘容量
4.文件系统相关计算：
1)给定inode数据结构，盘块大小，地址长度，计算文件最大容量
2)给定卷的容量，簇大小，FAT12/16/32分别需要多少个簇来存放FAT表
3)给定RAID5阵列的磁盘数量n，计算磁盘空间有效利用率
5.给定作业到达时刻、计算时间长度，调度策略，计算响应时间、周转时间
例1：在某个采用分页存储管理的系统中，假定逻辑页面和物理存储块的大小
均为1KB，主存容量为10KB。

某个用户编写的程序P共有4个页面，
被分别装入到主存的第3、4、6、8存储块中。

（1）写出P对应进程的页面映射表；
（2）当P在CPU运行时，执行了一条指令：MOV [2100]，[3100]
请计算指令中的两个操作数的物理地址。

解答：（1）由于页大小为长。

页表应为：
（2
例2：在请求分页式存储管理中，假设一次内存访问时间为100ns，一次快表(TLB)访问时间为20ns，地址转换计算时的快表命中率为80%，请计算
平均有效内存访问时间为多少ns？若缺页率为1‰，且每次缺页中断处
理时间为20ms，请计算平均有效内存访问时间为多少ns？
解答：
如果快表命中（即页号在快表中），则内存访问时间A1=20+100=120ns
如果快表未命中，则内存访问时间
A2=20+100+100=220ns【含一次访问内存中页表】则平均有效内存访问时间
A=A1×80%+A2×20%=120×0.8+220×0.2=140ns
缺页率p=1‰的含义是，每1000次内存访问中有1次需要调页处理！
因此，请求分页式存储管理过程中，平均有效内存访问时间：
T = (1-p)×A+p×20(ms)
=(1-0.001)×140 + 0.001×20000000(ns)
=139.86+20000
=20139ns
【注】1s=1000ms=1000 000us=1000 000 000ns
例3：假设一个磁盘共有2048个柱面，16个磁头，每个磁道分为64个扇区，
每个扇区容量为512字节，请计算该磁盘的总容量有多少GB？假设磁
盘的一个逻辑盘块大小为2KB，则逻辑盘块号513所对应的首个扇区
的三维物理地址（c，h，s）为多少？
解答：
（1）C=2048=2K个柱面（即每个盘面有2K个磁道）
H=16个磁头（即16个盘面）S=64个扇区/每个磁道
每个扇区的容量=512字节=0.5KB
则磁盘总容量=0.5KB×C×H×S = 0.5KB×2K×16×64 = 1GB
（2）1个盘块由2KB/0.5K=4个扇区构成
因此，513号盘块的首块扇区号A=4×513=2052
s = A % S = 2052 % 64= 4
h = ⌊A / S⌋ % H = ⌊2052 / 64⌋ % 16 = 0
c = ⌊A / (S×H)⌋ = ⌊2052 / (64×16)⌋ = 2
结果=（2，0，4）
例4-1：RAID5磁盘阵列共有8块磁盘构成，请计算磁盘空间有效利用率？解答：磁盘空间有效利用率= (n-1) / n = 7 / 8 = 87.5%
例4-2：已知磁盘容量为256MB，簇大小为4KB，对FAT16格式的文件系统
来说，文件分配表应该占用多大磁盘空间？（不考虑文件系统的空间开销）解答：整个磁盘逻辑盘块（簇）个数= 256MB/4KB = 256×1024 / 4 = 64K个FAT16文件格式的文件分配表每项占用16bit即2B空间
因此，文件分配表占用空间= 2B×64K = 128KB，即128KB/4KB=32个簇
例4-3：MINIX文件系统1.0中，每个文件均有唯一的一个inode数据结构，
其中共有9个文件数据块指针zone[0..8]，每个指针为short类型。

前
7个即zone[0..6]为直接数据块指针，zone[7]为一级数据块指针，zone[8]
为二级数据块指针。

而每个数据块大小为1KB。

试计算该文件系统能
够支持的最大文件是多大？
解答：数据块大小为1KB，而每个指针为short整型，占2B空间，因此1个数据块可以有512个指针。

inode的直接数据块有7个，即可以指出7KB的空间；
inode的一级间接指针块，共有512个指针，可以指出512×1KB = 0.5MB 空间；
inode的二级间接指针块，共有512个指针，可以指出512个一级指针块，共可以指出512×512个数据块，即可以指出512×512×1KB = 0.25GB
空间。

因此，MINIX文件系统1.0的单个文件最大容量为0.25GB+0.5MB+7KB
例5：给定作业到达时刻、计算时间长度，调度策略，计算响应时间、周转时
间
采用SRFS(调度执行结果甘特图：
则响应时间（提交到第1次执行）：
5
61
8
13
20
30
42
例6：在银行家算法中，系统有5个进程和3类资源。

若出现以下资源分配情况：
目前状态是否为安全状态？如果是安全状态，给出一个安全序列，否则给出死锁进程集合。

解答：
(1)P1、P3、P0、P2、P4
(2)P1、P3、P0、P4、P2
(3)P1、P3、P2、P0、P4
(4)P1、P3、P2、P4、P0
(5)P1、P3、P4、P0、P2
(6)P1、P3、P4、P2、P0
(7)P1、P4、P3、P0、P2
(8)P1、P4、P3、P2、P0
(9)P3、P1、P0、P2、P4
(10)P3、P1、P0、P4、P2
(11)P3、P1、P2、P0、P4
(12)P3、P1、P2、P4、P0
(13)P3、P1、P4、P0、P2
(14)P3、P1、P4、P2、P0
(15)P3、P4、P1、P0、P2
(16)P3、P4、P1、P2、P0
调度策略：
1.CPU调度（进程调度）
FCFS（先来先服务）、
SJF（最短作业优先）、
SRJF（最短剩余时间作业优先）、
RR（时间片轮转）
四种方式的作业(任务)调度执行结果的甘特图，并通过甘特图计算响应时间、周转时间等
2.虚拟内存的缺页置换
FIFO（先进先出）；OPT(MIN)（最优置换）；LRU（最近最少使用）；LRU的准确实现算法（计数器算法、页码栈算法）；LRU的近似实现算法（CLOCK 算法）
针对各种具体置换策略或算法，计算缺页数及缺页率
3.磁盘调度
FCFS（先来先服务）、
SSTF（最短寻道时间优先）、
SCAN（扫描/电梯法）、
LOOK（查看扫描/电梯法）
CSCAN（周期扫描法）
CLOOK（周期查看扫描）
六种调度策略的寻道移动磁道数量计算
进程状态变迁及条件
三状态、五状态、七状态
算法：
银行家算法检测死锁
哲学家进餐问题
信号量控制互斥、同步程序编写
简答题例子：
（1）解释什么是并行和并发？
答案：并行是指两个或多个活动在同一时刻同时执行的情况；
并发是指系统中存在着若干个逻辑上相互独立的程序或程序段，它们都已经被启动执行，在相对短的时间内，它们交叉地在CPU上执行的情况。

给使用者一个并行的感觉。

（2）进程与程序之间的联系与区别？
答案：进程是程序的一次执行过程，没有程序就没有进程；
程序是完成某个特定功能的一系列程序语句的集合，只要不被破坏，它就永远存在；
程序是一个静态的概念，而进程是一个动态的概念，它由创建而产生，完成任务后因撤销而消亡；进程是系统进行资源分配和调度的独立单位，而程序不是。

选择题例子：
（1）如果分时系统的时间片一定，那么（ A ），则响应时间越长。

A 用户数越多
B 用户数越少
C 主存容量越大
D 主存容量越小
（2）在分时系统中，当用户数为100时，为保证响应时间不超过2s，系统设置的时间片应为（D）。

A 50ms
B 100ms
C 10ms
D 20ms
（3）若信号量S的初值为2，当前值为-1，则表示有（B）个等待进程。

A 0
B 1
C 2
D 3
判断题例子：
死锁是指系统中的全部进程都处于阻塞状态。

【×】
一个程序在执行过程中可能产生多进程。

【√】
P、V操作既可以用来实现进程间的同步，也可以实现进程间互斥。

【√】
当进程调度未能选中一个进程运行时，就绪队列和阻塞队列一定为空。

【×】。