计算机操作系统（第四版）第三章处理机调度与死锁—课后题答案

 

1.高级调度与低级调度的主要任务是什么？为什么要引入中级调度？

高级调度（长程调度、作业调度）主要任务是根据某种算法，决定将外存上处于后备队列中的哪几个作业调入内存，为它们创建进程、分配必要的资源，并将它们放入就绪队列。
低级调度（短程调度、进程调度）主要任务是根据某种算法，决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机，并由分派程序将处理及分配给被选中的进程。
引入中级调度（内存调度）的目的是，提高内存利用率和系统吞吐量。应把那些暂时不能运行的进程，调至外存等待，此时进程的状态称为就绪驻外存状态或挂起状态。

2.处理机调度算法的共同目标是什么？批处理系统的调度目标又是什么？

处理机调度算法的共同目标：资源利用率、公平性、平衡性、策略强制执行
批处理系统的调度目标：平均周转时间短、系统吞吐量高、处理机利用率高

3.何谓作业、作业步和作业流？

作业：作业包含了通常的程序和数据，还配有一份作业说明书，系统根据该说明书来对程序的运行进行控制。
作业步：在作业运行期间，每个作业都必须经过若干个相对独立，又相互关联的顺序加工步骤才能得到结果。我们把其中的每一个加工步骤称为一个作业步，各作业步之间存在着相互关系，往往是上一个作业步的输出作为下一个作业步的输入。

作业流：是指若干个作业进入系统后依次存放在外存上形成的输入作业流;在操作系统的控制下,逐个作业进程处理,于是形成了处理作业流。

4.在什么情况下需要使用作业控制块PCB，其中包含了哪些内容？

每当作业进入系统时，系统便为每个作业建立一个作业控制块JCB，根据作业类型将它插入到相应的后备队列中。

JCB 包含的内容通常有：1）作业标识 2)用户名称 3)用户账户
4)作业类型（CPU繁忙型、I/O 芳名型、批量型、终端型）5)作业状态
6)调度信息（优先级、作业已运行） 7)资源要求 8)进入系统时间 9) 开始处理时间 10) 作业完成时间 11) 作业退出时间 12) 资源使用情况等

5.在作业调度中应如何确定接纳多少个作业和接纳哪些作业？

作业调度每次接纳进入内存的作业数，取决于多道程序度。应将哪些作业从外存调入内存，取决于采用的调度算法。最简单的是先来服务调度算法，较常用的是短作业优先调度算法和基于作业优先级的调度算法。

6.为什么要引入高响应比优先调度算法？它有何优点？

在批处理系统中，先来先服务算法（FCFS）所考虑的只是作业的等待时间，而忽视了作业运行时间。而短作业优先算法（SJF）正好与之相反，只考虑作业运行时间，而忽视了作业等待时间。高响应比优先调度算法则是既考虑了作业等待时间，又考虑作业运行时间的调度算法，因此既照顾了短作业，又不致使长作业的等待时间过长，从而改善了处理机调度的性能。

7.试说明低级调度的主要功能。

保存处理机的现场信息、按某种算法选取进程、把处理器分配给进程

8.在抢占调度方式中，抢占的原则是什么？

优先权原则、短进程优先原则、时间片原则

9.在选择调度方式和调度算法时，应遵循的准则是什么？

（1）面向用户的准则：周转时间短，响应时间快，截止时间的保证，优先权准则。
（2）面向系统的准则：系统吞吐量高，处理机利用率好，各类资源的平衡利用。

10.在批处理系统、分时系统和实时系统中，各采用哪几种进程（作业）调度算法？

批处理系统的调度算法：​短作业优先、 优先权、 高响应比优先、 多级反馈队列调度算法。

分时系统的调度算法：时间片轮转法。

实时系统的调度算法：最早截止时间优先即​EDF 、最低松弛度优先即​LLF 算法。

11.何谓静态和动态优先级？确定静态优先级的依据是什么？

静态优先级是在创建进程时确定的，在进程的整个运行期间保持不变。

确定进程优先级大小的依据有三个：
进程类型、进程对资源的需求、用户要求。
动态优先级是指在创建进程之初，先赋予其一个优先级，然后其值随进程的推进或等待时间的增加而改变，以便获得更好的调度性能。

12.试比较FCFS和SJF两种进程调度算法。

相同点：两种调度算法都可以用于作业调度和进程调度。
不同点： FCFS 调度算法每次都从后备队列中选择一个或多个最先进入该队列的作业，​将它们调入内存、分配资源、创建进程、插入到就绪队列。该算法有利于长作业​进程，不利于短作业 进程。

SPF 算法每次调度都从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作
业，调入内存中运行。该算法有利于短作业​进程，不利于长作业​进程。

13.在时间片轮转法中，应如何确定时间片大小？

时间片应略大于一次典型的交互需要的时间。​一般应考虑三个因素：​系统对相应时间的要求、就绪队列中进程的数目和系统的处理能力。

14.通过一个例子来说明通常的优先级调度算法为什么不能适用于实时系统？

实时系统的调度算法很多，主要是基于任务的开始截止时间和任务紧急​/松弛程度的任务优先级调度算法，通常的优先级调度算法不能满足实时系统的调度实时性要求而不适用。

15.为什么说多级反馈队列调度算法能较好地满足各方面用户的需要？

（1）终端型用户。由于终端型用户提交的作业大多属于较小的交互性作业，系统只要能使这些作业在第一队列规定的时间片内完成，终端作业用户就会感到满足。
（2）短批处理作业用户。开始时像终端型作业一样，如果在第一队列中执行一个时间片段即可完成， 便可获得与终端作业一样的响应时间。​对于稍长作业， 通常只需在第二和第三队列各执行一时间片即可完成，其周转时间仍然较短。
（3）长批处理作业用户。对于长作业，它将依次在第1，2，…，n个队列中运行，然后再按轮转方式运行，用户不必担心其作业长期得不到处理。

16.为什么说传统的几种调度算法都不能算是公平调度算法？

以上介绍的几种调度算法所保证的只是优先运行，如优先级算法是优先级最高的作业优先运行，但并不保证作业占用了多少处理机时间。另外也未考虑到调度的公平性。

17.保证调度算法是如何做到调度的公平性的？

保证调度算法是另外一种类型的调度算法，它向用户所做出的保证并不是优先运行，而是明确的性能保证，该算法可以做到调度的公平性。一种比较容易实现的性能保证是处理机分配的公平性。如果在系统中有n个相同类型的进程同时运行，为公平起见，须保证每个进程都获得相同的处理机时间1/n。

18.公平分享调度算法又是如何做到调度的公平性的？

在公平分享调度算法中，调度的公平性主要是针对用户而言，使所有用户能获得相同的处理机时间，或所要求的时间比例。

19.为什么在实时系统中，要求系统（尤其是CPU）具有较强的处理能力？

在实时系统中通常有多个实时任务，若处理机的处理能力不强，则有可能因处理机忙不过来，而致使某些实时任务不能得到及时处理，从而导致发生难以预料的后果。

20.按调度方式可将实时调度算法分为哪几种？

非抢占式调度算法和抢占式调度算法。非抢占式又分为非抢占式轮转调度算法和非抢占式优先调度算法，抢占式又分为基于时钟中断的抢占式优先级调度算法和立即抢占的优先级调度算法。

21.什么是最早截止时间优先调度算法？举例说明之。

根据任务的截止时间确定任务优先级，任务的截止时间愈早，其优先级越高，具有最早截止时间的任务排在队列的队首。调度程序在选择任务时，总是选择就绪队列中的第一个任务，为之分配处理机。

22.什么是最低松弛度优先调度算法？举例说明之。

该算法是根据任务的紧急(或松弛)程度，来确定任务的优先级。任务的紧急程度越高，为该任务所赋予的优先级就越高，以使之优先执行。
例如，一个任务在200ms时必须完成，而它本身所需的运行时间就有100ms，因此，调度程序必须在100ms之前调度执行，该任务的紧急程度(松弛程度)为100ms。又如，另一任务在400ms时必须完成，它本身需要运行150ms，则其松弛程度为250ms。

23.何谓“优先级倒置”现象，可采取什么方法来解决？

优先级倒置现象：高优先级进程（或线程）被低优先级进程（或线程）延迟或阻塞。
解决的方法：
（1）当进程进入临界区后，CPU就不能被剥夺；
（2）优先级继承：当优先级高的进程A被阻塞在资源X的临界区外时，已分配到资源X、优先级低的进程B自动继承A的高优先级，能尽早运行完毕，尽早释放资源X，使得A尽快有机会运行。

24.试分别说明竞争可重用资源和可消耗资源的性质。

可重用资源：
（1）每一个可重用性资源中的单元只能分配给一个进程使用，不允许多个进程共享。
（2）进程在使用可重用性资源时，须按照这样的顺序：①请求资源。如果请求资源失败，请求进程将会被阻塞或循环等待。②使用资源。进程对资源进行操作，如用打印机进行打印。③释放资源。当进程使用完后自己释放资源。
（3）系统中每一类可重用性资源中的单元数目是相对固定的，进程在运行期间即不能创建也不能删除它。
可消耗性资源：
（1）每一类可消耗性资源的单元数目在进程运行期间是可以不断变化的，有时它可以有许多，有时可能为0。
（2）进程在运行过程中，可以不断地创造可消耗性资源的单元，将它们放入该资源类的缓冲区中，以增加该资源类的单元数目。
（3）进程在运行过程中，可以请求若干个可消耗性资源单元，用于进程自己的消耗，不再将它们返回给该资源类中。

25.试举例说明竞争不可抢占资源所引起的死锁。

例如,系统中有两个进程P1和P2,它们都准备写两个文件F1和F2,而这两者都属于可重用和不可抢占性资源。进程P1先打开F1,然后再打开文件F2;进程P2先打开文件F2,后打开F1,下面示出了这段代码。  P1  P2...        ...  Open(f1,w);    Open(f2,w);  Open(f2,w);Open(f1,w);  两个进程P1和P2在并发执行时,如果P1先打开F1和F2,然后P2才去打开F1(或F2),由于文件F1(F2)已被P1打开,故P2会被阻塞。当P1写完文件F1(或F2)而关闭F1(F2)时,P2会由阻塞状态转为就绪状态,被调度执行后重新打开文件F1(或F2)。在这种情况下,P1和P2都能正常运行下去。若P2先打开F1和F2,然后P1才去打开F1(或F2),P1和P2同样也可以正常运行下去。  但如果在P1打开F1的同时,P2去打开F2,每个进程都占有一个打开的文件,此时就可能出现问题。因为当P1试图去打开F2,而P2试图去打开F1时,这两个进程都会因文件已被打开而阻塞,它们希望对方关闭自己所需要的文件,但谁也无法运行,因此这两个进程将会无限期地等待下去,而形成死锁。

26.为了破坏“请求和保持”条件而提出了两种协议，试比较这两种协议。

第一种协议在所有进程开始运行之前，必须一次性地申请其在整个运行过程中所需的全部资源，并且在分配资源时，只要有一种资源不能满足进程的要求，即使其他所需的各种资源都空闲也不分配给该进程，而让该进程等待。因此有资源被严重浪费、进程经常会发生饥饿现象等缺点。
第二种协议是对第一种协议的改进，它允许一个进程只获得运行初期所需的资源后，便开始运行。进程运行过程中再逐步释放已分配给自己的，且已用毕的全部资源，然后再请求新的所需资源。

27.何谓死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？

如果一组进程中的每一个进程都在等待仅由该组进程中的其他进程才能引发的事件，那么该组进程是死锁的。
产生死锁的原因：竞争资源和进程推进顺序非法。

其必要条件是：互斥条件、请求和保持条件、不可抢占条件、循环等待条件。

28.请详细说明可通过哪些途径预防死锁。

（1）摒弃请求和保持条件，就是如果系统有足够资源，便一次性把进程需要的所有资源分配给它；
（2）摒弃不剥夺条件，就是已经拥有资源的进程当它提出新资源请求而不能立即满足时，必须释放它已保持的所有资源，待以后需要时再重新申请；
（3）摒弃环路等待条件，就是将所有资源按类型排序标号，所有进程对资源的请求必须严格按序号递增的次序提出。

29.在银行家算法的例子中，如果P0发出的请求向量由Request(0,2,0)改为Request(0,1,0)，问系统可否将资源分配给它？

有误仅供参考

可以。银行家算法各种资源数量分别为​10、 5、7 ，在 T0 时刻的资源分配如图所示：
 
（2 ）具体分析如下：
① Requst0(0,1,0)<=Need0(7,4,3);
②Requst0(0,1,0)<=Available(2,3,0);
系统先假定可为​P0 分配资源，并修改​Available 0 ，Allocation 0 和 Need 0 向量，由此形成的资源变化情况如下图所示：
 
（3） ） P0 请求资源： P0 发出请求向量​​Requst0(0,1,0),​系统按银行家算法进行检查：
① Requst0(0,1,0)<=Need0(7,4,3);
②Requst0(0,1,0)<=Available(2,3,0);
③ 系统暂时先假定可为​P0 分配资源，并修改​ ​有关数据，如下图所示
 
 
综上所述系统可以将资源分配给它。

30.在银行家算法中，若出现下述资源分配情况，试问：
（1）该状态是否安全？
（2）若进程P2提出请求Request(1,2,2,2)后，系统能否将资源分配给它？

答案有误，仅供参考
答：​（ 1）安全，因为存在安全序列​{P0,P3,P4,P1,P2}
（2 ）系统能分配资源，分析如下。
① Request(1,2,2,2) <=Need2(2,3,5,6);
② Request(1,2,2,2) <=Available2(1,3,5,4)​改成 Available2(1,6,2,2)​；
③系统先假定可为​P2 分配资源，并修改​Available2 ， Allocation2​和 Need2 向量， 由此形成的资源变化情况如下图所示：

④ 再利用安全性算法检查此时系统是否安全。如下图

由此进行的安全性检查得知，可以找到一个安全序列​{P2,P0,P1,P3,P4}​。