OS经典例题

第一章经典例题经典例题解析1．若信号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．32．比较进程与程序的异同分析与解答进程和程序是既有联系又有区别的两个概念，它们的主要区别如下：（1）每个进程实体中包含了程序段、数据段这两个部分，因此说进程和程序是紧密相关的。

但从结构上看，进程实体中除了程序段和数据段外，还必须包含—个数据第构，即进程控制块PCB。

（2）进程是程序的—次执行过程，因此是动态的；动态性还表现在进程由创建产生、由调度而执行、由撤销而消亡，即它具有一定的生命周期。

而程序则只是一组指令的有序集合，并可永久地存放在某种介质上，其本身不具有动态的含义，因此是静态的。

（3）多个进程实体可同时存放在内存中并发执行，其实这正是引入进程的目的。

而程序的并发执行具有不可再现性，因此程序不能正确地并发执行。

（4）进程是一个能够独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。

而因程序不具有PCB，所以它是不可能在多道程序环境下独立运行的。

（5）进程和程序不一一对应。

同一个程序的多次运行，将形成多个不同的进程；同一个程序的一次执行也可以产生多个进程；而一个进程也可以执行多个程序。

3．为某临界区设置一把锁W，当W=1时表示关锁，W=0时表示锁已打开。

试写出开锁原语和关锁原语，并利用它们去实现互斥。

分析与解答在同步机构中，常用一个变量来代表临界资源的状态，并称它为锁，通常用0表示资源可用，用1表示资源已被占用。

关锁原语和开锁原语分别用lock和unlock表示，描述如下：lock(int *w){whlie(*w= =1)；*w=1；}unlock(int *w){*w=0；}利用关锁原语和开锁原语实现互斥的算法描述如下：…lock(w)；临界区；unlock(w)；…4．桌上有一空盘，只允许存放一个水果。

爸爸可向盘中放苹果，也可向盘中放桔子。

儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。

规定当盘中空时一次只能放一只水果供吃者取用，请用P、V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。

分析与解答在本题中，爸爸、儿子、女儿共用一个盘子，且盘中一次只能放一个水果。

当盘子为空时，爸爸可将一个水果放入果盘中。

若放入果盘中的是苹果，则允许女儿吃，儿子必须等待；若放入果盘中的是桔子，则允许儿子吃，女儿必须等待。

本题实际上是生产者-消费者问题的一种变形。

这里，生产者放入缓冲区的产品有两类，消费者也有两类，每类消费者只消费其中固定的一类产品。

在本题中，应设置三个信号量S、So、Sa，信号量S表示盘子是否为空，其初值为1；信号量So表示盘中是否有桔子，其初值为0；信号量Sa表示盘中是否有苹果，其初值为0。

同步描述如下：semaphore S=1;semaphore Sa=0;semaphore So=0;main( ){cobeginfather();son();daughter();coend}father(){while(1){wait(S );将水果放入盘中；if （放入的是桔子）signal(So);else signal(Sa);}}son( ){while(1){wait(So);从盘中取出桔子；signal(S);吃桔子；}}daughter( ){while(1){wait(Sa);从盘中取出苹果；signal(S);吃苹果；}}5．有5个任务A，B，C，D，E，它们几乎同时到达，预计它们的运行时间为10，6，2，4，8min。

其优先级分别为3，5，2，1和4，这里5为最高优先级。

对于下列每一种调度算法，计算其平均进程周转时间（进程切换开销可不考虑）。

（1）先来先服务（按A，B，C，D，E）算法。

（2）优先级调度算法。

（3）时间片轮转算法。

分析与解答（1）采用先来先服务（FCFS）调度算法时，5个任务在系统中的执行顺序、完成时间及周转时间如下表所示：根据表中的计算结果，5个进程的平均周转时间T为：T=（10+16+18+22+30）/5=19.2min（2）采用最高优先级调度（HPF）算法时，5个任务在系统中的执行顺序、完成时间及周转时间如下表所示：T=（6+14+24+26+27）/5= 19.4min（3）如果系统采用时间片轮转（RR）算法，令时间片为2分钟，5个任务轮流执行的情况为：第1轮：（A，B，C，D，E）第2轮：（A，B，D，E）第3轮：（A，B，E）第4轮：（A，E）第5轮：（A）显然，5个进程的周转时间为：T1=30min、T2=22min、T3=6min、T4=16min、T5=28min。

它们的平均周转时间T为：T=（30+22+6+16+28）/5=20.4min6．考虑由n个进程共享的具有m个同类资源的系统，每个进程一次一个地申请或释放资源，假设每个进程对该资源的最大需求量都小于m大于0，而且所有最大需求量之和小于m+n，证明该系统是死锁无关的。

分析与解答设max(i)表示第i个进程的最大资源需求量，need(i)表示第i个进程还需要的资源数，alloc(i)表示第i个进程已分配的资源数。

可知：max(1)+…+max(n)=(need(1)+…+need(n))+(alloc(1)+ …+alloc(n))<m+n （1）如果这个系统发生了死锁，那么一方面m个资源应该全部分配出去，即alloc(1)+ …+alloc(n)=m （2）另一方面所有进程陷入无限等待状态。

由（1）、（2）式可知，need(1)+…+need(n)<n上式表示，死锁发生后，n个进程还需要的资源数之和小于n，意味着此时至少存在一个进程i，need(i)=0，即它已获得所需要的全部资源，那么它就能执行完毕并释放它占有的资源，这与前面的假设矛盾，从而证明该系统不会死锁。

7．如图2.6所示，有多个PUT操作同时向BUFF1放数据，有一个MOVE操作不断地将BUFF1的数据移到Buff2，有多个GET操作不断地从Buff2中将数据取走。

BUFF1的容量为m，BUFF2的容量是n, PUT、 MOVE、 GET每次操作一个数据，在操作的过程中要保证数据不丢失。

试用wait、signal原语协调PUT、 MOVE的操作，并说明每个信号量的含义和初值。

图2.6 进程操作图分析与解答（1）确定并发的操作本问题是消费者和生产者问题的变形。

多个PUT操作与一个MOVE操作并发进行，多个GET操作与一个MOVE操作并发进行。

因此本题涉及三类进程：PUT类进程，有多个；GET类进程，有多个；MOVE类进程，有1个。

（2）操作规则只有buff1有空间才能进行PUT操作；只有buff1有数据，buff2有空间才能进行MOVE 操作；只有buff2有数据才能进行GET操作；不允许多个进程同时操作buff1；不允许多个进程同时操作buff2。

（3）设置6个信号量full1、empty1、B-mutex1、full2、empty2、B-mutex2，它们的含义和初值如下：∙full1表示buff1是否有数据，初值为0；∙empty1表示buff1有空间，初值为m；∙B-mutex1表示进程对buff1互斥操作，初值为1；∙full2表示buff2是否有数据，初值为0；∙empty2表示buff2有空间，初值为n；∙B-mutex2表示buff2是否可操作，初值为1；（4）wait、signal操作实现<PUT类进程>{While (1){wait(empty1)；/*判断buff1是否有空间，没有则等待*/wait(B-mutex1)；/*是否可操作buff1*/向buff1中放入一个数据；signal(B-mutex1)；/*设置buff1可操作标志*/signal(full1)；/*将buff1中数据个数增加一个*/}}<MOVE类进程>{While (1)wait(full1)；/*判断buff1是否有数据，没有则等待*/wait(empty2)；/*判断buff2是否有空间，没有则等待*/wait(B-mutex1)；/*是否可操作buff1 */wait(B-mutex2)；/*是否可操作buff2 */将buff1中的一个数据移到buff2；signal(B-mutex1)；/*设置buff1可操作标志*/signal(B-mutex2)；/*设置buff2可操作标志*/signal(empty1)；/*将buff1中的空间增加一个*/signal(full2)；/*将buff2中的数据增加一个*/}}<GET类进程>{While (1)wait(full2)；/*判断buff2是否有数据，没有则等待*/wait(B-mutex2)；/*是否可操作buff2*/从Buff2中将数据取走一个；signal(B-mutex2)；/*设置buff2可操作标志*/signal(empty2)；/*将buff2中的空间增加一个*/}}8．有一个具有两道作业的批处理系统，作业调度采用短作业优先的调度算法，进程调度采用以优先数为基础的抢占式调度算法。

在下表所示的作业序列中，作业优先数即为进程（2）计算平均周转时间。

分析与解答在本题中，每个作业的运行将经历两级调度：作业调度和进程调度。

作业调度采用短作业优先调度算法，进程调度采用基于优先数的抢占式调度算法，高优先级的进程可以抢占系统处理机。

只有当作业调度程序将作业装入内存后，方能参与进程调度。

本题中的批处理系统是两道作业系统，因此每次只能有两道作业进入系统内存。

本题中的作业和进程推进顺序如下：10：00时，A作业到达。

因系统的后备作业队列中没有其他作业，进程就绪队列中也没有进程，故作业调度程序将作业A调入内存并将它排在就绪队列上，进程调度程序调度它运行。

10：20时，B作业到达。

因系统的后备作业队列中没有其他作业，故作业调度程序将作业B调入内存并将它排在就绪队列上。

而作业B的优先级高于作业A的优先级，进程调度程序停止作业A的运行，将作业A放入就绪队列，调度作业B运行。

此时，系统中已有两道作业在内存中运行，作业A已运行20分钟，还需运行20分钟才能完成。

l0：30时，C作业到达。

因系统中已有两道作业在内存中运行，故作业C只能在后备作业队列中等待作业调度。

此时，作业B已运行了10分钟并将继续运行，还需运行20分钟才能完成；作业A已等待l0分钟并将继续等待、还需运行20分钟才能完成。

10：50时，B作业运行30分钟结束运行，D作业到达。

因系统中只有作业A在内存中运行，作业后备队列中有C、D两作业，按短作业优先的作业调度策略，作业D被作业调度程序选中，装入内存运行，作业C仍在后备作业队列中等待作业调度。