整理操作系统的习题 第三版 西安电子科技大学出版社

操作系统整理习题第一章例：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操作的时间如下表所示（单位：ms）：序假设三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（调度程序的执行时间忽略不计）。

在两种情况下，完成这三道程序要花多少时间？分析：若采用单道方式运行这三道程序，则运行次序为A 、 B 、 C ，总的时间为：30+40+10+60+30+10+20+40+20=260ms若采用多道方式运行，其程序运行总时间为：190ms。

第二章1、P82 25题。

我们为临界资源设置一把锁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，并利用它们实现互斥。

解：关锁原语LOCK（W）：While (W=1) DO NO-OP; W:=1;开锁原语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）；CSUNLOCK（W）；注意：这里的开锁原语和关锁原语存在“忙等”问题。

2、P83 28：在测量控制系统中的数据采集任务时，把所采集的数据送往一单缓冲区；计算任务从该单缓冲区中取出数据进行计算。

试写出利用信号量机制实现两任务共享单缓冲区的同步算法。

解：算法描述如下：Var empty,full:semaphore:=1,0;Buffer:data;BeginParbeginCollect：beginRepeat……collect data in nextp;……wait(empty);buffer:=nextp;signal(full);until false;endComputer：beginRepeatWait(full);nextc:= buffer;signal(empty);compute in nextc;until false;endparendend4、某寺庙，有小和尚、老和尚若干。

有一水缸，由小和尚提水入缸供老和尚引用。

水缸可容10桶水，水取自同一井中。

水井径窄，每次只能容一个桶取水。

水桶总数为3个。

每次入、取缸水仅为1桶，且不可同时进行。

试给出有关取水、入水的算法描述。

解：本题中需设置5个信号量：bucket对应临界资源水桶，初值为3；mutex2用来对水缸进行互斥操作，初值为1；full表示水缸中可以使用的水，初值为0；empty表示缸中还可入水的容量，初值为10；mutex1用来保证互斥地使用水井，初值为1。

semaphore bucket=3,mutex=1,full=0,empty=10,mutex2=1;little-monk(){/*小和尚入水算法*/while (1){P(empty);P(bucket);P(mutex1);从水井中打水；V(mutex1);P(mutex2);倒水入缸；V(mutex2);V(full);V(bucket);}}old-monk(){/*老和尚取水算法*/while (1){P(full);P(bucket);P(mutex2);从水缸中取水V(mutex2);V(empty);从桶中倒水饮用；V(bucket);}}第三章例2、设系统中仅有一类独占资源，进程一次只能申请一个资源，系统中多个进程竞争该类资源。

试判断下述哪些情况会发生死锁，为什么？（1）资源数为4，进程数为3，每个进程最多需要2个资源。

（2）资源数为6，进程数为2，每个进程最多需要4个资源。

（3）资源数为8，进程数为3，每个进程最多需要3个资源。

（4）资源数为20，进程数为8，每个进程最多需要2个资源。

解答：根据例1可知，第2种情况下可能发生死锁。

第四章例1、某请求页式管理系统，用户编程空间有40个页面，每个200H个字节。

假定，某时刻用户页表中页号和物理块号对照表如下：求虚地址0A3CH、223CH分别对应的物理地址。

解：由题意知，页面大小为200H。

逻辑地址0A3CH：页号5，页内地址003CH块号8，物理地址：8*200H+003CH=103CH逻辑地址223CH：页号17，页内地址003CH块号14，物理地址：14*200H+003CH=1C3CH例2、有一矩阵为100行200列，即：int a[100][200]; 在一个虚存系统中，采用LRU算法，系统分给该进程5个页面来存储数据（不包含程序）。

设每页可存放200个整数，该程序要对整个数组初始化，数组存储时是按行存放的。

试计算下列两个程序各自的缺页次数（假定所有页都以请求方式调入）。

程序一：for (i=0; i <=99; i ++) for (j=0; j <=199; j++)a[i][j]=i*j;程序二：for (j=0; j <=199; j ++)for (i=0; i <=99; i ++)a[i][j]=i*j;问：程序一和程序二的缺页次数分别是多少？解：矩阵a有100*200=20000个整数，每页存放200个整数，故一页可以存放一行数组元素。

系统分配给进程5个页面存放数据，假设程序已调入内存（因题目中没有提供与程序相关的数据，可以不考虑程序的调入问题），因此只需考虑矩阵访问时产生的缺页中断次数。

对于程序一，由于矩阵存放是按行存储，本程序对矩阵a的访问也是按行进行的，因此本程序依次将矩阵a的内容调入内存，每一页只调入一次，每一页都会产生一次缺页中断。

因此会产生100次缺页中断。

对于程序二，矩阵存放是按行存储，而本程序对矩阵a的访问是按列进行的。

当j=0时，内层循环的执行将访问矩阵a的所有元素，需要依次将矩阵a的100行调入内存，将产生100次缺页中断。

当j=1时，因留在内存中的是95、96、97、98、99行，仍将产生100次缺页中断。

后续循环，可以此类推。

由此可知，程序二将产生20000次缺页中断。

例3、在页式虚存管理系统中，假定驻留集为m个页（初始所有页均为空），在长为p的引用串中具有n个不同页号（n>m），对于FIFO、LRU两种置换算法，试给出页故障数（缺页次数）的上限和下限，说明理由。

解：对于FIFO、LRU置换算法，缺页次数上限均为p，下限均为n。

发生缺页中断的原因是当前访问的页不在内存中，需要通过缺页中断将缺页调入内存。

无论采用怎样的置换算法，n个不同页面在进入内存时都至少要发生一次页故障（缺页中断），总共发生n次缺页中断。

虽然不同页面数为n，一般情况下，n小于页面引用串的长度p，但驻留集（即分配给进程的物理块数）m<n，所以无法保证某页进入内存后不会被调出内存，而只有当被访问页面在内存中时才不会发生缺页中断，所以最坏情况为每当访问一个页面时，该页都不在内存（若为重复访问，则该页在上次访问后又被调出内存），所以共发生p次缺页中断。

例4、在一个请求页式存储管理方式中，进程P共有5页，访问串为：3，2，1，0，3，2，4，3，2，1，0，4时，试采用LRU置换算法，计算当分配给该进程的物理块数分别是3和4时，访问过程中发生的缺页次数和缺页率。

比较所得的结果。

解：分配给该进程的页框数为3时，缺页次数为10，缺页率为10/12=82.7分配给该进程的页框数为4时，缺页次数为8，缺页率为8/12=66.7%过程略。

从上述结果可以看出，对于LRU算法来说，分配给进程的页面数越多，产生的缺页次数越少。

例5、在一个请求分页系统中，采用FIFO页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5，当分配给该作业的物理块数分别为3和4时，试计算在访问过程中所发生的缺页次数和缺页率，并比较所得的结果。

解：分配给该进程的页框数为3时，缺页次数为9，缺页率为9/12=75%分配给该进程的页框数为4时，缺页次数为10，缺页率为10/12=82.7%过程略。

在FIFO页面置换算法中，有时出现分配的物理块数增多缺页率反而升高的现象，称为Belady现象。

例6：（东南大学）现有一请求分页的虚拟存储器，内存最多容纳4个页面，对于下面的引用串：1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6，应用下面的页面置换算法，计算各会出现多少次缺页中断。

注意，所给定的页块初始均为空，因此，首次访问一页时就会发生缺页中断。

（1）LRU；（2）FIFO；（3）Optimal。

解答：过程略。

FIFO：14次缺页中断LRU：10次缺页中断Optimal：8次缺页中断1、请求分页管理系统中，假设某进程的页表内容如下表所示：页面大小为4KB，一次内存的访问时间是100ns，一次快表（TLB）的访问时间是10ns，处理一次缺页的平均时间为108ns（已含更新TLB和页表的时间），进程的驻留集大小固定为2，采用最近最少使用置换算法（LRU）和局部淘汰策略。

假设：①TLB初始为空②地址转换时先访问TLB，若TLB未命中，再访问页表（忽略访问页表之后的TLB更新时间）；③有效位为0表示页面不在内存，产生缺页中断，缺页中断处理后，返回到产生缺页中断的指令处重新执行。

设有虚地址访问序列2362H、1565H、25A5H，请问：（1）依次访问上述三个虚地址，各需多少时间？给出计算过程。

（2）基于上述访问序列，虚地址1565H的物理地址是多少？请说明理由。

解：(1)页面大小4K:01000000000000=1000H2362H：页号2，页内地址362H。

由页表知，此页在内存。

访问时间：10 ns +100 ns +100 ns =210ns 1565H: 页号1，页内地址565H。

由页表知，此页不在内存。

访问时间：10 ns +100 ns +108ns+100 ns≈108 ns25A5H: 页号2，页内地址5A5H。

由页表项已放入快表。

访问时间：10 ns +100 ns =110ns(2) 1565H: 页号1，页内地址565H。

此页不在内存，把0号页面换出，1号页面放入101H页框，所以物理地址为101565H。

2、某基于动态分区存储管理的计算机，其主存容量为55M（初始空间），采用最佳适配（best fit）算法，分配和释放的顺序为：分配15M，分配30M，释放15M，分配8M，分配6M，此时主存最大空闲分区的大小是（B）A7MB9MC10MD15M3、某计算机采用二级页表的分页存储管理方式，按字节编制，页大小为210字节，页表项大小为2字节，逻辑地址结构为：逻辑地址空间大小为2页，则表示整个逻辑地址空间的页目录表中包含表项的个数至少是（B）A64B128C 256D5124、设某计算机的逻辑地址空间和物理地址空间均为64KB，按字节编址。