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例1、设有一台计算机，有两条I/O通道，分别接一台卡片输入机和一台打印机。卡片机把一叠卡片逐一输入到缓冲区B1中，加工处理后再搬到缓冲区B2中，并在打印机上打印结果。问：①系统要设几个进程来完成这个任务？各自的工作是什么？②这些进程间有什么样的相互制约关系？③用P、V操作写出这些进程的同步算法。分析我们画一个草图来帮助我们理解这道题：从图中可以看出，从“卡片机”到“打印机”共需要3个操作，即输入、处理、输出。这3个动作就是完成任务的3个进程。下面我们看看这些进程之间有什么样的制约关系。可以看出，这3个进程之间是同步关系，合作完成从输入到输出的工作任务。对其中任何一个进程，要处理好与其关联的两端设备的协调工作。以“输入进程”为例，它与卡片机和缓冲区B1关联，将卡片机的卡片输入到缓冲区B1，在不考虑卡片机的情况下，就要考虑缓冲区的情况，即是满还是空，是空缓冲区，输入进程就可以输入信息，如果缓冲区满，则要等待“处理进程”将B1中的信息取走，使之为空，输入进程才能继续工作。依此类推，可以找出另外2个进程的制约关系。一般来说，处理进程同步需要2个信号量，“输入进程”和“处理进程”同步，需要2个信号量，解决缓冲区B1的协调操作问题；而“处理进程”和“输出进程”同步，还需要2个信号量，解决缓冲区B2的协调操作问题。因此，共需要4个信号量。本题中“处理进程”的算法有一些难度，因为它需要协调两个缓冲区的工作，考虑的因素比较多，算法复杂些。答案①系统可设三个进程来完成这个任务：R进程负责从卡片输入机上读入卡片信息，输入到缓冲区B1中；C进程负责从缓冲区B1中取出信息，进行加工处理，之后将结果送到缓冲区B2中；P进程负责从缓冲区B2中取出信息，并在打印机上印出。②R进程受C进程影响，B1放满信息后R进程要等待——等C进程将其中信息全部取走，才能继续读入信息；C进程受R进程和P进程的约束：B1中信息放满后C进程才可从中取出它们，且B2被取空后，C进程才可将加工结果送入其中；P进程受C进程的约束：B2中信息放满后P进程才可从中取出它们,进行打印。③信号量含义及初值：B1full——缓冲区B1满，初值为0；B1empty——缓冲区B1空，初值为0；B2full——缓冲区B2满，初值为0；B2empty——缓冲区B2空，初值为0；卡片机缓冲区B1打印机缓冲区B2输入处理输出例二：应用题(每小题10分，共20分)1．设A：B两个进程共用一个缓冲区Q，A向Q写入信息，B从Q读出信息，算法框图如图所示。判断该同步问题的算法是否正确?若有错，请指出错误原因并予以改正。这个算法不对。(1分)因为A、B两进程共用一个缓冲区Q，如果A先运行，且信息数量足够多，那么缓冲区Q中的信息就会发生后面的冲掉前面的，造成信息丢失，B就不能从、Q中读出完整的信息。(1分)’进行改正：A、B两进程要同步使用缓冲区Q。为此，设立两个信号量：empty表示缓冲区Q为空，初值为l；(2分)full表示缓冲区Q为满，初值为0。(2分)算法框图如图所示。(每个图正确各2分，共4分)例3、下表给出作业l，2，3的提交时间和运行时间。采用先来先服务调度算法和短作业优先调度算法，试问作业调度次序和平均周转时间各为多少？（时间单位：小时，以十进制进行计算。）作业号提交时间运行时间1230.00.41.08.04.01.0分析解此题关键是要清楚系统中各道作业随时间的推进情况。我们用一个作业执行时间图来表示作业的执行情况，帮助我们理解此题。采用先来先服务调度策略，其作业执行时间图如下：采用短作业优先调度策略，其作业执行时间图如下：另外，作业i的周转时间Ti＝作业完成时间－作业提交时间系统中n个作业的平均周转时间nTTnii1)(1，其中Ti为作业i的周转时间。解：采用先来先服务调度策略，则调度次序为l、2、3。作业号提交时间运行时间开始时间完成时间周转时间10.08.00.08.08.020.44.08.012.011.631.01.012.013.012.0平均周转时间T＝（8＋11.6＋12）/3＝10.53采用短作业优先调度策略，则调度次序为l、3、2。作业号提交时间运行时间开始时间完成时间周转时间10.08.00.08.08.031.01.08.09.08.020.44.09.013.012.6平均周转时间T＝（8＋8＋12.6）/3＝9.53例3、今有三个批处理作业。第一个作业10:00到达，需要执行2小时；第二个作业在10:10到达，需要执行1小时；第三个作业在10:25到达，需要执行25分钟。分别采取如下两种作业调作业作业3作业2作业100.41.08.012.013.0时间作业提交时间各作业陆续完成时间作业作业3作业2作业100.41.08.09.013.0时间作业提交时间各作业陆续完成时间度算法：调度算法1：作业号到达时间开始执行时间执行结束时间12310:0010:1010:2510:0012:0013:0012:0013:0013:25调度算法2：作业号到达时间开始执行时间执行结束时间12310:0010:1010:2511:5010:5010:2513:5011:5010;50（1）计算各调度算法下的作业平均周转时间。（2）调度算法1是什么作业调度算法？分析作业的周转时间＝作业完成时间－作业提交时间。以调度算法1的作业2为例，其周转时间=作业完成时间13:00－作业提交时间10:10，得到结果为2小时50分钟，转换为小时为2.83小时。转换的目的是为了方便计算平均周转时间。解：（1）采用调度算法1时：作业1的周转时间为2小时；作业2的周转时间为2.83小时；作业3的周转时间为3小时；平均周转时间为：（2＋2.83＋3）／3＝2.61小时。采用调度算法2时：作业1的周转时间为3.83小时；作业2的周转时间为1.67小时；作业3的周转时间为0.42小时；平均周转时间为：（3.83＋l.67＋0.42）／3＝l.97小时。（2）调度算法1是按照作业到达的先后次序执行的，所以它是先来先服务调度算法。例4、考虑一个由8个页面，每页有1024个字节组成的逻辑空间，把它装入到有32个物理块的存储器中，问：（1）逻辑地址需要多少二进制位表示？（2）物理地址需要多少二进制位表示？解因为页面数为8=23，故需要3位二进制数表示。每页有1024个字节，1024=210，于是页内地址需要10位二进制数表示。32个物理块，需要5位二进制数表示（32=25）。（1）页的逻辑地址由页号和页内地址组成，所以需要3+10=13位二进制数表示。（2）页的物理地址由块号和页内地址的拼接，所以需要5+10=15位二进制数表示。分析在分页存储管理中，逻辑地址结构如下图所示。它由两个部分组成：前一部分表示该地址所在页面的页号p；后一部分表示页内地址（页内位移）d。页号的地址位数决定了页的多少，假设页号有20位，则地址空间中最多可容纳的页面数为220，即1MB个页面。页内地址位数确定了每页的大小，若页内地址为12位，则每页大小为212，即2KB。同理，物理地址中块号的地址位数决定了块的多少，由于页式存储管理内存空间块的大小与页面大小相同，所以物理地址中块内地址与逻辑地址中的页内地址位数相同。例5、若在一分页存储管理系统中，某作业的页表如下所示。已知页面大小为1024字节，试将逻辑地址1011，2148，4000，5012转化为相应的物理地址。页号块号页号p页内地址d01232316解本题中，为了描述方便，设页号为p，页内位移为d，则：（1）对于逻辑地址1011，p＝int（1011/1024）＝0，d＝1011mod1024＝1011。查页表第0页在第2块，所以物理地址为10242＋1011＝3059。（2）对于逻辑地址2148，p＝int（2148/1024）＝2，d＝2148mod1024＝100。查页表第2页在第1块，所以物理地址为1024＋100＝1124。（3）对于逻辑地址4000，p＝int（4000/1024）＝3，d＝4000mod1024＝928。查页表第3页在第6块，所以物理地址为10246＋928＝7072。（4）对于逻辑地址5012，p＝int（5012/1024）＝4，d＝5012mod1024＝916。因页号超过页表长度，该逻辑地址非法。例6、考虑下述页面走向：1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6当内存块数量分别为3时，试问FIFO、LRU、OPT这三种置换算法的缺页次数各是多少？解使用FIFO算法，缺页次数是16；使用LRU算法，缺页次数是15；使用OPT算法，缺页次数是11。分析所有内存块最初都是空的，所以第一次用到的页面都产生一次缺页。当内存块数量为3时：FIFO1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6块11114446663332226块2222111222777111块333355511166633缺页因此，FIFO算法发生缺页中断的次数为16。在FIFO算法中，先进入内存的页面被先换出。例如，当页6要调入时，内存的状态为4、1、5，考查页6之前调入的页面，分别为5、1、2、4、…，可见4为最先进入内存的，本次应换出，然后把页6调入内存。LRU1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6块1111445551177222块222222666333333块33311122226616缺页因此，LRU算法发生缺页中断的次数为15。在LRU算法中，最近最少使用的页面被先换出。例如，当页6要调入时，内存的状态为5、2、1，考查页6之前调入的页面，分别为5、1、2、…，可见2为最近一段时间内使用最少的，本次应换出，然后把页6调入内存。OPT1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6块111111133336块22222227222块3345666611缺页因此，OPT算法发生缺页中断的次数为11。在OPT算法中，在最远的将来才被访问的页面被先换出。例如，当页6要调入时，内存的状态为1、2、5，考查页6后面要调入的页面，分别为2、1、2、…，可见5为最近一段时间内使用最少的，本次应换出，然后把页6调入内存。例7假设一个磁盘有200个磁道，编号从0～199。当前磁头正在143道上服务，并且刚刚完成了125道的请求。如果寻道请求队列的顺序是：86,147,91,177,94,150,102,175,130问：为完成上述请求，下列算法各自磁头移动的总量是多少？①FCFS②SSTF③电梯法答案FCFS为565；SSTF为162；电梯法为125。分析①磁头在143道上，下一个请求为86，采用先来先服务磁盘调度算法FCFS，按照请求到来的次序依次响应，于是磁头从143道移动到86道上，移动磁道数为143-86=57。再从86道移动到147道，依此类推，进行调度的情况为：下一磁道移动磁道数861479117794150102175130576156868356487345磁头移动总量为565。②采用最短寻道时间优先磁盘调度算法SSTF，当前磁头在143道上，选择的下一个请求距当前磁头所在位置应具有最小的寻道时间。比较离143道最近的两个请求：130和147，可知，从143道移动到147道花费的时间最短，仅为4，于是磁头移动到147道上。依此类推，进行调度的情况为：下一磁道移动磁道数147150130102949186175177432028835892磁头移动总量为162。③采用电梯磁盘调度算法，要按照磁头移动的方向对请求进行扫描法，一侧的所有请求完成后，才掉头回扫。题中的条件“当前磁头正在143道上服务，并且刚刚完成了125道的请求”说明磁头移动的方向是从125道到143道。根据电梯法，磁头要继续向数大的方向扫描下去，于是先遇到147道的请求，然后是150