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《操作系统教程》（第三版）CH1应用题参考答案1CH1应用题参考答案1有一台计算机，具有1MB内存，操作系统占用200KB，每个用户进程各占200KB。如果用户进程等待I/O的时间为80%，若增加1MB内存，则CPU的利用率提高多少？答：设每个进程等待I/O的百分比为P，则n个进程同时等待I/O的概率是Pn，当n个进程同时等待I/O期间CPU是空闲的，故CPU的利用率为1-Pn。由题意可知，除去操作系统，内存还能容纳4个用户进程，由于每个用户进程等待I/O的时间为80%，故：CPU利用率=1-(80%)4=0.59若再增加1MB内存，系统中可同时运行9个用户进程，此时：CPU利用率=1-(80%)9=0.87故增加1MB内存使CPU的利用率提高了47%：87%÷59%=147%147%-100%=47%2一个计算机系统，有一台输入机和一台打印机，现有两道程序投入运行，且程序A先开始做，程序B后开始运行。程序A的运行轨迹为：计算50ms、打印100ms、再计算50ms、打印100ms，结束。程序B的运行轨迹为：计算50ms、输入80ms、再计算100ms，结束。试说明(1)两道程序运行时，CPU有无空闲等待？若有，在哪段时间内等待？为什么会等待？(2)程序A、B有无等待CPU的情况？若有，指出发生等待的时刻。答：画出两道程序并发执行图如下：(1)两道程序运行期间，CPU存在空闲等待，时间为100至150ms之间(见图中有色部分)。(2)程序A无等待现象，但程序B有等待。程序B有等待时间段为180ms至200ms间(见图中有色部分)。处理器输入机打印机程序A程序BA计算B计算计算计算时间(ms)050100150180200250300打印计算打印输入计算A打印A打印B输入A计算B计算一《操作系统教程》（第三版）CH1应用题参考答案23设有三道程序，按A、B、C优先次序运行，其内部计算和I/O操作时间由图给出。ABCC11＝30msC21=60msC31=20ms∣∣∣I12＝40msI22=30msI32=40ms∣∣∣C13＝10msC23=10msC33=20ms试画出按多道运行的时间关系图（忽略调度执行时间）。完成三道程序共花多少时间？比单道运行节省了多少时间？若处理器调度程序每次进行程序转换化时1ms，试画出各程序状态转换的时间关系图。答：1）忽略调度执行时间，多道运行方式（抢占式）：时间0378101213141719单位10msI/OI12I22I32CPUC11C21C13C21C31C23C33抢占式共用去190ms，单道完成需要260ms，节省70ms。忽略调度执行时间，多道运行方式（非抢占式）：时间0379101213141618单位10msI/OI12I22I32CPUC11C21C13C31C23C33非抢占式共用去180ms，单道完成需要260ms，节省80ms。2）调度执行时间1ms，多道运行方式（抢占式）：时间0303132717273748485105107127136137147177178198单位1msI/OI12I22I32CPUC11C21C13C21C31C23C33OS调度执行时间1ms，多道运行方式（非抢占式）：时间03031327172939495105106124125127129139168169189单位1msI/OI12I22I32CPUC11C21C21C13C31C31C23C33OS4在单CPU和两台I/O(I1,I2)设备的多道程序设计环境下，同时投入三个作业运行。它们的执行轨迹如下：《操作系统教程》（第三版）CH1应用题参考答案3Job1：I2(30ms)、CPU(10ms)、I1(30ms)、CPU(10ms)、I2(20ms)Job2：I1(20ms)、CPU(20ms)、I2(40ms)Job3：CPU(30ms)、I1(20ms)、CPU(10ms)、I1(10ms)如果CPU、I1和I2都能并行工作，优先级从高到低为Job1、Job2和Job3，优先级高的作业可以抢占优先级低的作业的CPU，但不抢占I1和I2。试求：(1)每个作业从投入到完成分别所需的时间。(2)从投入到完成CPU的利用率。(3)I/O设备利用率。答：画出三个作业并行工作图如下(图中着色部分为作业等待时间)：(1)Job1从投入到运行完成需110ms，Job2从投入到运行完成需90ms，Job3从投入到运行完成需110ms。(2)CPU空闲时间段为：60ms至70ms，80ms至90ms，100ms至110ms。所以CPU利用率为(110-30)/110=72.7%。(3)设备I1空闲时间段为：20ms至40ms，90ms至100ms，故I1的利用率为(110-30)/110=72.7%。设备I2空闲时间段为：30ms至50ms，故I2的利用率为(110-20)/110=81.8%。5在单CPU和两台I/O(I1,I2)设备的多道程序设计环境下，同时投入三个作业运行。它们的执行轨迹如下：Job1：I2(30ms)、CPU(10ms)、I1(30ms)、CPU(10ms)Job2：I1(20ms)、CPU(20ms)、I2(40ms)Job3：CPU(30ms)、I1(20ms)如果CPU、I1和I2都能并行工作，优先级从高到低为Job1、Job2和Job3，优先级高的作业可以抢占优先级低的作业的CPU。试求：(1)每个作业从投入到完成分别所需的时间。(2)每个作业投入到完成CPU的利用率。(3)I/O设备利用率。答：画出三个作业并行工作图如下(图中着色部分为作业等待时间)：CPUI1I2Job1Job2Job3时间(ms)CPUCPU0102030405060708090100110CPUI1I1I1CPUCPUI2I2CPUI1CPUI2Job1Job2Job3Job2Job1Job2Job3Job1Job3Job2Job1Job1Job3Job3《操作系统教程》（第三版）CH1应用题参考答案4(1)Job1从投入到运行完成需80ms，Job2从投入到运行完成需90ms，Job3从投入到运行完成需90ms。(2)CPU空闲时间段为：60ms至70ms，80ms至90ms。所以CPU利用率为(90-20)/90=77.78%。(3)设备I1空闲时间段为：20ms至40ms，故I1的利用率为(90-20)/90=77.78%。设备I2空闲时间段为：30ms至50ms，故I2的利用率为(90-20)/90=77.78%。6若内存中有3道程序A、B、C，它们按A、B、C优先次序运行。各程序的计算轨迹为：A：计算(20)、I/O(30)、计算(10)B：计算(40)、I/O(20)、计算(10)C：计算(10)、I/O(30)、计算(20)如果三道程序都使用相同设备进行I/O(即程序用串行方式使用设备，调度开销忽略不计)。试分别画出单道和多道运行的时间关系图。两种情况下，CPU的平均利用率各为多少?答：分别画出单道和多道运行的时间图(1)单道运行时间关系图单道总运行时间为190ms。CPU利用率为(190-80)/190=57.9%(1)单道运行时间关系图CPUI1I2Job1Job2Job3时间(ms)CPUCPU0102030405060708090I1I1CPUCPUI2I2CPUI1CPUJob1Job2Job3Job2Job1Job2Job3Job1Job2Job1Job302040506080100120140160180190I/OCPU时间(ms)AAABBBCCC《操作系统教程》（第三版）CH1应用题参考答案5多道总运行时间为140ms。CPU利用率为(140-30)/140=78.6%7若内存中有3道程序A、B、C，优先级从高到低为A、B和C，它们单独运行时的CPU和I/O占用时间为：程序A：60203010402020(ms)I/O2CPUI/O1CPUI/O1CPUI/O1程序B：3040703030(ms)I/O1CPUI/O2CPUI/O2程序C：40603070(ms)CPUI/O1CPUI/O2如果三道程序同时并发执行，调度开销忽略不计，但优先级高的程序可中断优先级低的程序，优先级与I/O设备无关。试画出多道运行的时间关系图，并问最早与最迟结束的程序是哪个？每道程序执行到结束分别用了多少时间？计算三个程序全部运算结束时的CPU利用率?答：画出三个作业并发执行的时间图：(1)最早结束的程序为B，最后结束的程序为C。(2)程序A为250ms。程序B为220ms。程序C为310ms。(3)CPU利用率为(310-120)/310=61.3%8有两个程序，A程序按顺序使用：(CPU)10秒、(设备甲)5秒、(CPU)5秒、(设备乙)10I/OCPU时间(ms)AAABC02040506080100120140BBCCBCPUI01I02ABC时间(ms)cpu0306090120150180210240270300330I01cpucpuI02I02cpucpuI01cpuABBABCBCACI01cpuI01ACAAcpucpuI01cpucpuI02I02BCBCA《操作系统教程》（第三版）CH1应用题参考答案6秒、(CPU)10秒。B程序按顺序使用：(设备甲)10秒、(CPU)10秒、(设备乙)5秒、(CPU)5秒、(设备乙)10秒。在顺序环境下先执行A，再执行B，求出总的CPU利用率为多少?答：程序A执行了40秒，其中CPU用了25秒。程序B执行了40秒，其中CPU用了15秒。两个程序共用了80秒，CPU化了40秒。故CPU利用率为40/80=50%。9在某计算机系统中，时钟中断处理程序每次执行的时间为2ms（包括进程切换开销）。若时钟中断频率为60HZ，试问CPU用于时钟中断处理的时间比率为多少?答：因时钟中断频率为60HZ，所以，时钟周期为：1/60s=50/3ms。在每个时钟周期中，CPU花2ms执行中断任务。所以，CPU用于时钟中断处理的时间比率为：2(50/3)=6/50=12%。CH2应用题参考答案1下列指令中哪些只能在核心态运行?(1)读时钟日期；（2）访管指令；（3）设时钟日期；（4）加载PSW；（5）置特殊寄存器；(6)改变存储器映象图；(7)启动I/O指令。答：(3)，(4)，(5)，(6)，(7)。2假设有一种低级调度算法是让“最近使用处理器较少的进程”运行，试解释这种算法对“I/O繁重”型作业有利，但并不是永远不受理“处理器繁重”型作业。答：因为I/O繁忙型作业忙于I/O，所以它CPU用得少，按调度策略能优先执行。同样原因一个进程等待CPU足够久时，由于它是“最近使用处理器较少的进程”，就能被优先调度，故不会饥饿。3并发进程之间有什么样的相互制约关系?下列日常生活中的活动是属哪种制约关系：(1)踢足球，(2)吃自助餐，(3)图书馆借书，(4)电视机生产流水线工序。答：并发进程之间的基本相互制约关系有互斥和同步两种。其中(1)、(3)为互斥问题。(2)、(4)为同步问题。4在按动态优先数调度进程的系统中，每个进程的优先数需定时重新计算。在处理器不断地在进程之间交替的情况下，重新计算进程优先数的时间从何而来?答：许多操作系统重新计算进程的优先数在时钟中断处理例程中进行，由于中断是随机的，碰到哪个进程，就插入哪个进程中运行处理程序，并把处理时间记在这个进程的账上。《操作系统教程》（第三版）CH1应用题参考答案75若后备作业队列中等待运行的同时有三个作业J1、J2、J3，已知它们各自的运行时间为a、b、c，且满足abc，试证明采用短作业优先算法调度能获得最小平均作业周转时间。答：采用短作业优先算法调度时，三个作业的总周转时间为：T1=a+(a+b)+(a+b+c)=3a+2b+c①若不按短作业优先算法调度，不失一般性，设调度次序为：J2、J1、J3。则三个作业的总周转时间为：T2=b+(b+a)+(b+a+c)=3b+2a+