操作系统习题答案

习题一(前三章)1、系统如何由目态转为管态？如何由管态转为目态？目态到管态的转换(中断，trap)：修改处理机状态字指令属于特权指令，只能在管态执行，目态程序无法直接控制处理机状态的转换。处理机状态由目态转换为管态的唯一途径是中断，中断发生时，中断向量中的PSW标识处于管态，这个标识一般由操作系统初始化程序设置的。管态到目态的转换(置程序状态字)：通过修改程序状态字(置PSW)来实现，操作系统运行于管态，该状态转换伴随着由操作系统程序到用户程序的转换。2、为什么有硬件时钟，有时还要设置软件时钟？解：硬件时钟由硬件提供，保存在硬件寄存器中，开机由电源供电，关机由机内电池供电，可由程序设定和修改，一般通过特权指令完成，应用程序可读取该值。不发生中断。间隔时钟：定时发生中断，一般间隔单位为“毫秒”。中断发生后，操作系统获得系统的控制权，以便运行系统管理和实现程序并发。是实现多道程序的基础—保证操作系统获得控制权。软件时钟：利用间隔时钟实现，主要用于定时启动一些服务，如定时备份，软件时钟通过赋内存的一个单元一个初值，通过间隔时钟中断，对该单元值减一，减到0就启动相应的服务，这是间隔时钟做不到的。3、通过一个案例分析进程的状态转换过程。比如用播放器播放音乐，当启动播放器，产生播放器进程，进入挂起就绪状态，当用户点击播放按钮时，进入就绪状态，当被处理机调度时，处于运行态，当需要听歌曲，且歌曲还在外存时，该进程启动磁盘读进程，然后自己进入等待态，当磁盘读进程将相应歌曲读进内存时，向处理机发出中断，该中断进程将播放器进程送入就绪队列，当被处理机调度时，开始播放歌曲，处于运行态，如此反复，直到关闭播放器，进程结束。单击暂停键，进入挂起就绪队列4、通过一个案例描述可以由用户处理的中断的处理过程。比如在一个C语言程序中发生除零错误（1）发生出除零中断（2）保存旧PSW和PC(入系统栈)（3）取中断向量（4）转到中断处理程序（5）访问中断续元表（假定非0）（6）系统栈中现场转移到用户栈（7）中断续元入口送寄存器（OS中断处理完成）（8）执行中断续元中断续元的执行同目态子程序（9）用户栈PSW和PC送寄存器（10）中断执行完，遇RET指令由用户栈弹出现场信息送入处理机（11）返回中断断点5、下表列出了四个进程到达时间和执行时间，使用先来先服务算法、循环（时间片2）、短作业优先、响应比高者优先的调度算法的调度过程，分别计算每个调度算法的周转时间、平均周转时间、带权周转时间、带权平均周转时间.画出相应的Gantt图．进程到达时间执行时间A03B16C44D62解：先来先服务算法0391315进程到达时间运行时间开始时间完成时间周转时间带权周转时间A030331B163988/6=1.33C4491399/4=2.25D62131599/2=4.5平均周转时间=(3+8+9+9)/4=7.25平均带权周转时间=(1+1.33+2.25+4.5)/4=2.27ABCD循环（时间片2）024689111315周转时间:由就绪开始时刻到处理完毕时刻的时间带权周转时间：周转时间/运行时间等待时间(waitingtime)：周转时间与处理时间之差进程到达时间运行时间开始时间完成时间周转时间等待时间带权周转时间A0309969/3=3B1621514814/6=2.33C44413959/4=2.25D6268202/2=1平均周转时间=(9+14+9+2)/4=8.5平均等待时间=(6+8+5+0)/4=4.75平均带权周转时间=(3+2.33+2.25+1)/4=2.145短作业优先进程到达时间执行时间A03B16C44D620391115ABCDABCBABDC进程到达时间运行时间开始时间完成时间周转时间带权周转时间A030333/3=1B163988/6=1.33C4411151111/4=2.75D6291155/2=2.5平均周转时间=(3+8+11+5)/4=6.75平均带权周转时间=(1+1.33+2.75+2.5)/4=1.895响应比高者优先RR=1+WT/BT在9时刻出现了D和CC的响应比=1+5/4=2.25D的响应比=1+3/2=2.50391115进程到达时间运行时间开始时间完成时间周转时间带权周转时间A030333/3=1B163988/6=1.33C4411151111/4=2.75D6291155/2=2.5平均周转时间=(3+8+11+5)/4=6.75平均带权周转时间=(1+1.33+2.75+2.5)/4=1.895ABDC7、在一个使用多级反馈队列的系统中，一个只使用CPU的进程的执行时间为40秒，如果第1队列时间片为2，每级时间片增加5个时间单元，那么这个作业运行结束前会被中断多少次，结束时处于哪级队列？解3：进程被中断的情况有：在时刻2（第1队列），在时刻2+7（第2队列），在时刻9+12（第3队列），在时刻21+17（第4队列），当该进程结束时位于第5队列，中断4次。练习二互斥、同步与通信1、设有3个进程R、W1和W2，共享缓冲区B，B中每次只能存放一个数，当B中无数据时，可以从输入设备上读数据到B中，若数为奇数时允许W1取出打印，否则允许W2取出打印，W1和W2每次仅能打印一次，它们不能从空的B中取数据。解：设信号量sr表示是否可读，初值为1设信号量sp1表示w1进程是否可打印，初值为0设信号量sp2表示w2进程是否可打印，初值为0cobeginsr,sp1,sp2:semaphore:=1,0,0;x:integer;processreaderprocessw1processw2beginbeginbeginrepeatrepeatreapetp(sr);p(sp1);p(s2p);读入一个数放入x;打印x1;打印x1;ifxmod2=0thenv(sp2)v(sr);v(sr);elseuntilfalse;untilfalse;v(sp1);end;end;untilfalse;end;end;2、有3个好朋友预定在一个地方集合，然后一起去看电影，请用PV描述他们的同步操作。解：定义一个计数器，统计到达的人数：count，初值为0定义三个同步信号量s1，s2，s3，表示是否可以去看电影，初值都不可以看，为0定义一个互斥信号量mutex，用于对count的互斥访问varcount:integer:=0;s1,s2,s3,mutex:semaphore:=0,0,0,1;P1进程P2进程P3进程P(mutex)p(mutex)p(mutex)Count:=count+1;count:=count+1;count:=count+1V(mutex);v(mutex)v(mutex)Ifcount=3thenifcount=3thenifcount=3thenBeginbeginbeginV(s2);v(s1);v(s1);V(s3);v(s3);v(s2);EndendendElseelseelseP(s1);p(s2);p(s3);练习三互斥、同步与通信1、两进程PA，PB通过两FIFO缓冲区队列连接（如图），每个缓冲区长度等于传送消息长度。进程PA，PB之间的通信满足如下条件：buf[0]buf[1](1)至少有一个空缓冲区存在时，相应的发送进程才能发送一个消息。(2)当缓冲队列中至少存在一个非空缓冲区时，相应的接收进程才能接收一个消息。试描述发送过程send(i,m)和接收过程receive(i,m)。这里i代表缓冲区。解：bufempty[0]、bufempty[1]表示缓冲区是否空，初值为nbuffull[0]、buffull[1]表示缓冲区是否满，初值为0buf[0]、buf[1]表示两个缓冲区Send(i,m)BeginlocalxP(bufempty[i])按FIFO方式选择一个空缓冲区buf[i](x)=mbuf[i](x)置满标记V(buffull[i])EndReceive(i,m)BeginLccalxP(buffull[i])按FIFO方式选择一个装满数据的缓冲区buf[i](x)m=buf[i](x)buf[i](x)置空标记V(bufempty[i])EndPa调用send(0,m)和receive(1,m)Pb调用send(1,m)和receive(0,m)2、设有三组进程PA，PB，PC，PA进程每次从磁盘中读入一条记录到缓冲区1中，缓冲区1可存放N条记录，PB进程每次只能从缓冲区1中取出一条记录到缓冲区2中，缓冲区2可存放N/2条记录，PC进程每次只能从缓冲区2中取出一条记录来打印，请用管程描述它们之间的同步操作。解：本题中，PA是一个生产者，PB既是生产者又是消费者，PC是消费者，解：条件变量：notfull1:表示B1是否满，notfull2：表示B2是否满notempty1：表示B1是否空，notempty2：表示B2是否空k1,k2:分别表示在B1中PA放记录的位置和PB取记录的位置，初值为0。t1,t2:分别表示在B2中PB放记录的位置和PC取记录的位置，初值为0。count1,count2：分别表示B1存放记录数和B2存放记录数.初值为0。count1=n：表示B1已满，这时PA进程不能再读入记录到B1中，将wait(notfull1)count1n：PA可以放1条记录到B1中，此时看是否有等待B1中记录的，若有则将singal(notempty1)count2=n/2：表示B2已满，这时PB进程不能从B1中读记录到B2中，将wait(notfull2)，当count1=0时表示B1中无记录，PB不能从B1中取记录，将wait(notempty1)count2n/2并且count10：表示PB可以从B1中取1条记录到B2中，此时检查是否有等待B2的记录，若有则将singal(notempty2)count2=0：表示B2中无记录，PC不能打印，执行wait(notempty2),否则从B2中取记录打印，同时检查是否有PB在等待B2中放记录，若有则执行singal(notfull2)。过程：get(item)：PC从B2中取记录put(item)：PA从磁盘读记录到B1中。Getput(item)：PB从B1取记录到B2中。TypeprocedurePC=moniorVark1,k2,t1,t2,count1,count2:integerB1:array[0…n-1]ofitem;B2:array[0…n/2-1]ofitem;notfull1,notfull2,notempty1,notempty2:condition;procedureentryput(item)beginifcount1=nthenwait(notfull1);B1[k1]:=item;k1:=(k1+1)modn;count1:=count1+1;signal(notempty1);end;procedureentrygetput(item)beginifcount2=n/2thenwait(notfull2);ifcount1=0thenwait(notempty1);B2[t1]:=B1[k2];t1:=(t1+1)modn/2;k2:=(k2+1)modn;signal(notfull1);signal(notempty2);end;procedureentryget(item)beginifcount2=0thenwait(notempty2);打印B2[t2];t2:=(t2+1)modn/2;signal(notfull2)end;begink1=k2=t1=t1=0;count1=-count2=0;end;processPAprocessPBprocessPCbeginbeginbeginrepeatrepeatrepeatreadanitem;PC.getput(item);PC.get(item);PC.put(item);untillfals