进程调度算法相关习题
处理机调度与死锁相关习题
1.1.假设一个系统有 5 个进程，他们的到达时间和服务时间如上表所示，忽略 I/O 以及其他的开销时间，若分别按 先来先服务（ FCFS ） 、 非抢占式及抢占 的短进程优先（ SPF ） 调度算法进行 CPU 调度，请给出各进程的完成时间、周转时间、带权周转时间、平均周转时间和平均带权周转时间。
| 进程 | 到达时间 | 服务时间 |
|---|---|---|
| A | 0 | 3 |
| B | 2 | 6 |
| C | 4 | 4 |
| D | 6 | 5 |
| E | 8 | 2 |
| - | 进程 | A | B | C | D | E | 平均 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| - | 到达时间 | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | |
| - | 服务时间 | 3 | 6 | 4 | 5 | 2 | |
| FCFS | 完成时间 | 3 | 9 | 13 | 18 | 20 | |
| - | 周转时间 | 3 | 7 | 9 | 12 | 12 | 8.6 |
| - | 带权周转时间 | 1 | 1.17 | 2.25 | 2.4 | 6 | 2.56 |
| SPF （非抢占） | 完成时间 | 3 | 9 | 15 | 20 | 11 | |
| - | 周转时间 | 3 | 7 | 11 | 14 | 3 | 7.6 |
| - | 带权周转时间 | 1 | 1.17 | 2.75 | 2.8 | 1.5 | 1.84 |
| SPF （抢占） | 完成时间 | 3 | 15 | 8 | 20 | 10 | |
| - | 周转时间 | 3 | 13 | 4 | 14 | 2 | 7.2 |
| - | 带权周转时间 | 1 | 2.16 | 1 | 2.8 | 1 | 1.59 |
续1.2 假设一个系统有 5 个进程，他们的到达时间和服务时间如上表所示，忽略 I/O 以及其他的开销时间，若按 高响应比优先调度算法(HRRF) 进行 CPU 调度，请给出各进程的完成时间、周转时间、带权周转时间、平均周转时间和平均带权周转时间。
| - | 进程 | A | B | C | D | E | 平均 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 高响应比优先 | 完成时间 | 3 | 9 | 13 | 20 | 15 | |
| - | 周转时间 | 3 | 7 | 9 | 14 | 7 | 8 |
| - | 带权周转时间 | 1 | 1.17 | 2.25 | 2.8 | 3.5 | 2.14 |
续1.3假设一个系统有 5 个进程，他们的到达时间和服务时间如上表所示，忽略 I/O 以及其他的开销时间，若按 只按时间片进行抢占的多级反馈队列 以及 立即抢占的多级反馈队列 (MFFP)（第 i 级队列的时间片＝ 2 i-1 ）调度算法进行 CPU 调度，请给出各进程的完成时间、周转时间、带权周转时间、平均周转时间和平均带权周转时间。
综合概述答案：
2. 某多道程序设计系统配有一台处理器和两台外设 IO1 、 IO2 ，现有 3 个优先级由高到低的作业 J1 、 J2 和 J3 都已装入了主存，它们使用资源的先后顺序和占用时间分别是：
J1 ： IO2(30ms) ， CPU(10ms) ， IO1(30ms) ， CPU(10ms)
J2 ： IO1(20ms) ， CPU(20ms) ， IO2(40ms)
J3 ： CPU(30ms ）， IO1(20ms)
处理器调度采用可抢占式的优先数算法，忽略其他辅助操作时间，回答下列问题：
- 分别计算作业 J1 、 J2 和 J3 从开始到完成所用的时间 ;
- 3 个作业全部完成时 CPU 的利用率 ;
- 3 个作业全部完成时外设 IO1 的利用率。
分析：
本题是一个多道系统中兼有作业调度和进程调度的计算题，其中系统中的三个进程不仅要竞争使用处理器，而且还要竞争使用外设，从而使得进程之间的关系更加复杂。另一方面，本题略去了具体的作业调度（假设作业都已装入了主存），减少了所要考虑的因素。本题进程的执行过程可以借助图示的方法来描述，如图所示：
解答：
- 由图可知， J1 从开始到完成的时间是 0 ～ 80ms ， J2 从开始到完成的时间是 0 ～ 90ms ， J3 从开始到完成的时间是 0 ～ 90ms 。
- 3 个作业全部完成总共需要 90ms ， CPU 总共使用的时间是：
20 ＋ 10 ＋ 10 ＋ 10 ＋ 10 ＋ 10 ＝ 70 （ ms ）
所以CPU 的利用率是：
70/90×100% ＝ 77.8 ％ - 3 个作业全部完成时 IO1 的利用率是：
（ 20 ＋ 30 ＋ 20 ） /90×100 ％＝ 70/90×100 ％≈ 77.8 ％
3.图 3-5 示出了时间片分别为 q =1 和 q =4 时， A 、 B 、 C 、 D 、 E 五个进程的运行情况，而图 3-6 为 q =1 和 q =4 时各进程的平均周转时间和带权平均周转时间。图中的 RR(Round Robin) 表示轮转调度算法。
习题部分：
一．选择题
1 ．下列算法中，操作系统用于作业调度的算法是 (A)。
A ．先来先服务算法 B ．先进先出算法
C ．最先适应算法 D ．时间片轮转算法
2 ．在批处理系统中，周转时间是指 (B) 。
A ．作业运行时间 B ．作业等待时间和运行时间之和
C ．作业的相对等待时间 D ．作业被调度进入内存到运行完毕的时间
3 ．在作业调度中，排队等待时间最长的作业被优先调度，这是指 (A)调度算法。
A ．先来先服务 B ．短作业优先
C ．响应比高优先 D ．优先级
4 ．下列算法中，用于进程调度的算法是 (D) 。
A ．最先适应 B ．最高响应比优先
C ．均衡资源调度 D ．优先数调度
5 ．两个进程争夺同一个资源 (B)。
A ．一定死锁 B ．不一定死锁
C ．只要互斥就不会死锁 D ．以上说法都不对
6 ．下列各项中，不是进程调度时机的是 (D) 。
A ．现运行的进程正常结束或异常结束 B ．现运行的进程从运行态进入就绪态
C ．现运行的进程从运行态进入等待态 D ．有一进程从等待态进入就绪态
7 ．进程调度算法有多种， (B) 不是进程调度算法。
A ．先来先服务调度算法 B ．最短查找时间优先调度算法
C ．静态优先数调度算法 D ．时间片轮转调度算法
8 ．作业调度程序从 (D) 状态的队列中选取适当的作业投入运行。
A ．就绪 B ．提交 C ．等待 D ．后备
9 ．在实时操作系统中，经常采用 (D) 调度算法来分配处理器。
A. 先来先服务 B. 时间片轮转 C. 最高优先级 D. 可抢占的优先级
10 ．采用时间片轮转调度算法主要是为了 (A) 。
A ．多个终端都能得到系统的及时响应
B ．先来先服务
C ．优先权高的进程及时得到调度
D ．需要 CPU 时间最短的进程先做
11 ．下面关于优先权大小的论述中，不正确的论述是 © 。
A ．计算型作业的优先权，应低于 I/O 型作业的优先权
B ．系统进程的优先权应高于用户进程的优先权
C ．资源要求多的作业，其优先权应高于资源要求少的作业
D ．在动态优先权时，随着进程运行时间的增加，其优先权降低
12 ．产生死锁的原因是(D) 有关。
A ．与多个进程竞争 CPU
B ．与多个进程释放资源
C ．仅由于并发进程的执行速度不当
D ．除资源分配策略不当外，也与并发进程执行速度不当
13 ．有关产生死锁的叙述中，正确的是 (D) 。
A ． V 操作可能引起死锁 B ． P 操作不会引起死锁
C ． PV 操作使用得当不会引起死锁 D ．以上说法均不正确
14 ．有关死锁的论述中， © 是正确的。
A ．“系统中仅有一个进程进入了死锁状态”
B ．“多个进程由于竞争 CPU 而进入死锁”
C ．“多个进程由于竞争互斥使用的资源又互不相让而进入死锁”
D ．“由于进程调用 V 操作而造成死锁”
15 ．有关资源分配图中存在环路和死锁关系，正确的说法是 (D) 。
A ．图中无环路则系统可能存在死锁
B ．图中无环路则系统可能存在死锁，也可能不存在死锁
C ．图中有环路则系统肯定存在死锁
D ．图中有环路则系统可能存在死锁，也可能不存在死锁
16 ．“死锁”问题的讨论是针对 (D) 的。
A ．某个进程申请系统中不存在的资源
B ．某个进程申请资源数超过了系统拥有的最大资源数
C ．硬件故障
D ．多个并发进程竞争独占型资源
17 ．考虑到公平对待进程和提高系统资源工作的并行度，操作系统会经常调整进程的优先级，通常应提高 (D) 的进程优先级。
A ．需计算时间长 B ．很少使用外设
C ．使用 CPU 时间长 D ．启动外设次数多
18 ．实时系统中的进程调度，通常采用(D) 算法。
A ．响应比高者优先 B ．短作业优先
C ．时间片轮转 D ．抢占式的优先数高者优先
19 ． UNIX 操作系统采用的进程调度算法为 (A) 。
A 、不可强占处理机的动态化先数调度算法
B 、可强占处理机的动态化先数调度算法
C 、不可强占处理机的静态优先数调度算法
D 、可强占处理机的静态化先数调度算法
20 ．当进程调度采用最高优先级调度算法时，从保证系统效率的角度来看，应提高 (B) 进程的优先级。
A ．连续占用处理器时间长的 B ．在就绪队列中等待时间长的
C ．以计算为主的 D ．用户
21 ．产生系统死锁的原因可能是由于© 。
A ．进程释放资源 B ．一个进程进入死循环
C ．多个进程竞争资源出现了循环等待 D ．多个进程竞争共享型设备
22 ．采用时间片轮转调度算法时，对不同的进程可以规定不同的时间片。一般来说，对 (B) 进程给一个较小的时间片比较合适。
A ．需运算时间长的 B ．需经常启动外设的
C ．不需使用外设的 D ．排在就绪队列末尾的
23 ．对资源采用按序分配策略能达到 (A) 的目的。
A ．防止死锁 B ．避免死锁 C ．检测死锁 D ．解除死锁
24 ．一种既有利于短小作业又兼顾到长作业的作业调度算法是 © 。
A ．先来先服务 B ．轮转 C ．最高响应比优先 D ．均衡调度
25 ．在单处理器的多进程系统中，进程什么时候占用处理器和能占用多长时间，取决于 ©
A ．进程相应的程序段的长度 B ．进程总共需要运行时间多少
C ．进程自身和进程调度策略 D ．进程完成什么功能
26 ．在解决死锁问题的方法中，属于“死锁避免”策略的是 (A) 。
A ．银行家算法 B ．死锁检测算法
C ．资源有序分配法 D ．资源分配图化简法
27 ．系统出现死锁的原因是 © 。
A ．计算机系统出现了重大故障
B ．有多个等待态的进程同时存在
C ．若干进程因竞争资源而无休止地等待着它方释放已占有的资源
D ．资源数大大少于进程数或进程同时申请的资源数大大超过资源总数
28 ．在操作系统中，所谓“死锁”是指 (B) 。
A ．程序死循环 B ．多个进程彼此等待资源而不能前进的状态
C ．硬件故障 D ．时间片太短，进程的调进调出太频繁而效率太低
29 ．假设有三个进程竞争同类资源，如果每个进程需要 2 个该类资源，则至少需要提供该类资源 _ (B) 个，才能保证不会发生死锁。
A ． 3 B ． 4 C ． 5 D ． 6
30 ．以下 (D) 不属于死锁的必要条件。
A ．互斥使用资源 B ．占有并等待资源
C ．不可抢夺资源 D ．静态分配资源
31 ．在为多个进程所提供的可共享的系统资源不足时，可能出现死锁。但是，不适当的 ()C 也可能产生死锁。
A ．进程优先权 B ．资源的静态分配
C ．进程的推进顺序 D ．分配队列优先权
32 ．采用资源剥夺法可以解除死锁，还可以采用 (B)方法解除死锁。
A ．执行并行操作 B ．撤消进程
C ．拒绝分配新资源 D ．修改信号量
33 ．系统中有 4 个并发进程，都需要某类资源 3 个。试问该类资源最少为 (A)个时，不会因竞争该资源而发生死锁。
A ． 9 B ． 10 C ． 11 D ． 12
34 ．在下列解决死锁的方法中，不属于死锁预防策略的是 (D) 。
A ．资源的有序分配法 B ．资源的静态分配法
C ．分配的资源可剥夺法 D ．银行家算法
35 ．分时系统中进程调度算法通常采用 (B)。
A ．响应比高者优先 B ．时间片轮转法
C ．先来先服务 D ．短作业优先
36 ．设有三个作业 J1 、 J2 、 J3 ，它们的到达时间和执行时间如下表：
作业名 到达时间 执行时间
J1 8:00 2 小时
J2 8:45 1 小时
J3 9:30 0.25 小时
它们在一台处理器上按单道运行，若采用短作业优先调度算法，则此三作业的执行次序是 ©。
A ． J3,J2,J1 B ． J1,J2,J3
C ． J1,J3,J2 D ． J3,J1,J2
37 ．在下列作业调度算法中，可能引起作业长时间不能被装入执行的算法是 (B)。
A ． FCFS 算法 B ．计算时间短的作业优先算法
C ．最高响应比优先算法 D ．动态优先数调度算法
39 ．在非抢占调度方式下，运行进程执行 V 原语后，其状态(A) 。
A ．不变 B ．要变 C ．可能要变 D ．可能不变
40 ．在多进程的并发系统中，肯定不会因竞争 (D) 而产生死锁。
A ．打印机 B ．磁带机 C ．磁盘 D ． CPU
41 ．通常不采用 ©方法来解除死锁。
A ．终止一个死锁进程 B ．终止所有死锁进程
C ．从死锁进程处抢夺资源 D ．从非死锁进程处抢夺资源
43 ．设系统中有 P1 、 P2 、 P3 三个进程，并按 P1 、 P2 、 P3 的优先次序调度运行，它们的内部计算和 I/O 操作时间如下：
P1 ：计算 60 ms—I/O 80 ms— 计算 20 ms
P2 ：计算 120 ms—I/O 40ms— 计算 40ms
P3 ：计算 40 ms—I/O 80ms— 计算 40ms
设调度程序执行时间忽略不计，完成这三个进程比单道运行节省的时间是(B) 。
A ． 140ms B ． 160ms C ． 170ms D ． 180ms
44 ．有三个作业 A 、 B 、 C ，它们的到达时间和执行时间依次为 (8:50 和 1.5 小时 ) 、 (9:00 和 0.4 小时 ) 、 (9:30 和 1 小时 ) 。当作业全部到达后，批处理单道系统按响应比高者优先算法进行调度，则作业被选中的次序为 (B) 。
A ． (ABC) B ． (BAC) C ． (BCA) D ． (CAB)
45 ．设系统中有 n 个并发进程，竞争资源 R ，且每个进程都需要 m 个 R 类资源，为使该系统不会因竞争该类资源而死锁，资源 R 至少要有 © 个。
A ． nm+1 B ． nm+n C ． n*m+1-n D ．无法预计
46 ．下列选项中，降低进程优先级的合理时机是 (A) 。（ 2010 全国试题）
A ．进程的时间片用完 B ．进程刚完成 I/O ，进入就绪队列
C ．进程长期处于就绪队列中 D ．进程从就绪队列转为运行状态
47 ．下列进程调度算法中，综合考虑进程等待时间和执行时间的是 D 。（ 2009 全国试题）
A ．时间片轮转调度算法 B ．短进程优先调度算法
C ．先来先服务调度算法 D ．高响应比优先调度算法
48 ．某计算机系统中有 8 台打印机，有 k 个进程竞争使用，每个进程最多需要 3 台打印机。该系统可能会发生死锁的 k 的最小值是 C__ 。（ 2009 全国试题）
A ． 2 B ． 3 C ． 4 D ． 5
49 ．进程调度的关键问题是 ©。
A ．内存的分配 B ．时间片的确定 C ．调度算法的确定 D ． I/O 设备的分配
50 ．下列选项中，满足短任务优先且不会发生饥饿现象的调度算法是 (B) 。（ 2011 全国试题）
A ．先来先服务 B ．高响应比优先 C ．时间片轮转 D ．非抢占式短任务优先
51 ．某时刻进程的资源使用情况如下表所示。
此时的安全序列是 (D) 。
A ． P1 ， P2 ， P3 ， P4 B ． P1 ， P3 ， P2 ， P 4
C ． P1 ， P4 ， P3 ， P2 D ．不存在
52 ．设有五个进程 P0 、 P1 、 P2 、 P3 、 P4 共享三类资源 R1 、 R2 、 R3 ，这些资源总数分别为 18 、 6 、 22 ， T0 时刻的资源分配情况如下表所示，此时存在的一个安全序列是 (D) 。（ 2012 全国试题）
A ． P0 ， P2 ， P4 ， P1 ， P3 B ． P1 ， P0 ， P3 ， P4 ， P2
C ． P2 ， P3 ， P4 ， P1 ， P0 D ． P3 ， P4 ， P2 ， P1 ， P0
53 ．一个多道批处理系统中仅有 P1 和 P2 两个作业， P2 比 P1 晚 5ms 到达，它们的计算和 I/O 操作顺序如下：
P1 ：计算 60ms ， I/O80ms ，计算 20ms
P2 ：计算 120ms ， I/O40ms ，计算 40ms
若不考虑调度和切换时间，则完成两个作业需要的时间最少是(B) 。（ 2012 全国试题）
A ． 240ms B ． 260ms C ． 340ms D ． 360ms
54 ．某单处理器多进程系统中有多个就绪进程，则下列关于处理机调度的叙述中，错误的是 © 。
A ．在进程结束时能进行处理机调度
B ．创建新进程后能进行处理机调度
C ．在进程处于临界区时不能进行处理机调度
D ．在系统调用完成并返回用户态时能进行处理机调度
二．应用题
- 有一个具有两道作业的批处理系统（最多可有两道作业同时装入内存执行），作业调度采用计算时间短的作业优先调度算法，进程调度采用以优先数为基础的抢占式调度算法，今有如下作业序列，作业优先数即为进程优先数，优先数越小优先级越高：
| 作业名 | 到达时间 | 估计运行时间 | 优先数 |
|---|---|---|---|
| J1 | 10 : 10 | 20 分钟 | 5 |
| J2 | 10 : 20 | 30 分钟 | 3 |
| J3 | 10 : 30 | 25 分钟 | 4 |
| J4 | 10 : 50 | 20 分钟 | 6 |
（ 1 ）列出所有作业进入内存时间及结束时间。
（ 2 ）计算平均周转时间。
解：先作必要的分析（可在草稿纸上完成，分析过程不计分）：
10 ： 10 J1 被调入，开始运行
10 ： 20 J2 进入内存，因优先级高，开始运行
J1 运行了 10 分钟，还剩 10 分钟，因优先级低，运行态变就绪态
10 ： 30 J1 继续就绪
J2 运行了 10 分钟，还剩 20 分钟
J3 到达，但不能被调入
10 ： 50 J2 运行结束， J4 到达
调入短作业 J4 ，但因 J4 优先级比 J1 低， J1 开始继续运行
11 ： 00 J1 运行结束
J3 被调入，因优先级高，开始运行
J4 因优先级低，仍就绪
11 ： 25 J3 运行结束， J4 开始运行
11 ： 45 J4 运行结束
（ 1 ）各个作业进入主存时间、结束时间和周转时间如下表所示：（ 6 分）
| 作业名 | 提交时间 | 进入时间 | 结束时间 | 周转时间 |
|---|---|---|---|---|
| J1 | 10 ： 10 | 10 ： 10 | 11 ： 00 | 50 |
| J2 | 10 ： 20 | 10 ： 20 | 10 ： 50 | 30 |
| J3 | 10 ： 30 | 11 ： 00 | 11 ： 25 | 55 |
| J4 | 10 ： 50 | 10 ： 50 | 11 ： 45 | 55 |
（ 2 ）平均周转时间：（ 50+30+55+55 ） /4=47.5 （ min ）
7.有 5 个批处理作业（ A ， B ， C ， D ， E ）几乎同时到达一个计算中心，估计的运行时间分别为 10 ， 6 ， 2 ， 4 ， 8 分钟，他们的优先数分别为 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 （ 1 为最低优先数）。对下面的各种调度算法，分别计算作业的平均周期时间。
（ 1 ）最高优先级优先
（ 2 ）短作业优先
8 ．假定某系统当时的资源分配图如图 3-2 所示：
（ 1 ）分析当时系统是否存在死锁。
（ 2 ）若进程 P 3 再申请 R 3 时，系统将发生什么变化，说明原因。
解： (1) 因为当时系统的资源分配图中不存在环路．所以不存在死锁。
(2) 当进程 P 3 申请资源 R 3 后，资源分配图中形成环路 P 2 → R 2 → P 3 → R 3 → P 2 ，而 R 2 ,R 3 都是单个资源的类，该环路无法消除，所以进程 P 2 ， P 3 永远处于等待状态．从而引起死锁。
9 ．若系统有同类资源 m 个，供 n 个进程共享，试问：当 m>n 和 m ≤ n 时，每个进程最多可以申请多少个这类资源而使系统一定不会发生死锁？
解：设每个进程申请该类资源的最大量为 x 个，则只要不等式 n(x-1)+1 ≤ m 成立，系统一定不会发生死锁。因为最坏情况下，每个进程都已获得 x-1 各资源，则 n 个进程共获得 n(x-1) 个资源，而不等式 n(x-1)+1 ≤ m 表示每个进程都已获得 x-1 各资源后，系统仍有可分配的资源，这样，至少有一个进程可以得 到全部资源，从而能执行完成，它完成后释放的资源又可使其它进程执行完成。
解不等式 n(x-1)+1 ≤ m ， 可得 x ≤ 1+(m-1)/n
于是可得
X=1 当 m ≤ n
X=1+[(m-1)/n] 当 m>n
10 ．设系统中仅有一类数量为 M 的独占资源，系统中 N 个进程竞争该类资源，其中各进程对该类资源的最大需求量为 W 。当 M 、 N 、 W 分别取下列值时，试判断哪些情况可能会发生死锁？哪些情况不可能发生死锁？为什么？
① M=2, N=2, W=1 ② M=3, N=2, W=2 ③ M=3, N=2, W=3
④ M=5, N=3,W=2 ⑤ M=6, N=3, W=3
解： M 、 N 、 W 满足关系式 N(W-1)
12 ．在单处理机系统中，有多个进程运行：一些以计算为主，一些以输入 / 输出为主。如何赋予进程占有处理器的优先级才能提高系统的效率，使系统的平均周转时间减少？
答：若计算型进程的优先级高于 I/O 型进程的优先级，计算型进程一旦占有了 CPU 便忙于计算，使 I/O 型进程得不到运行的机会，导致 I/O 设备空闲，达不到 CPU 与 I/O 操作并行的目的；多个 I/O 型进程在系统中停留时间增加，系统的平均周转时间增加。
若 I/O 型进程的优先级高于计算型进程的优先级，当它完成一项 I/O 操作后，便能立即获得 CPU ，为下 次 I/O 作准备工作，并启动外设。当设备被启动后，它便主动交出 CPU ，由系统将 CPU 分配给计算型进程，从而使 CPU 与 I/O 设备并行操作，获得较好的运行效率。
因此，应赋予以 I/O 为主的进程更高的优先级。