操作系统期末大题

大题

一、设有3道程序A、B、C，它们按照优先次序（A→B→C）顺序到达，它们的计算时间和I/O操作时间如表1所示，假设三个程序一串行方式使用相同的设备进行I/O操作，试画出单道程序运行和多道程序运行的时间关系图，并分别计算这三道程序所需花费的时间。

题目类型：程序调度性能分析

知识点：程序调度性能分析

要点：

• 分清计算and IO，在单道批、多道批下的工作状态，以及知道抢占式

二、若某计算问题的执行情况如图1所示。请回答以下问题。

(1) 叙述该计算问题中处理机、输入机和打印机是如何协同工作的。

(2) 计算图示所示环境下处理机的利用率。

(3) 简述处理机利用率不高的原因。

(4) 请画出能提高处理机利用率的执行方案。

1. 处理机输入机和打印机是按照输入-处理-打印的顺序依次执行的，输入机为处理机提供数据，处理机得到数据后进行处理，处理结果通过打印机打印输人。输入机读取一批数据，花费时间为100；处理机对这批数据进行计算，花费时间为20；打印机打印计算结果，花费时间为40。
2. 处理机的利用率=[20/（100+20+40） ] × 100%=12.5%
3. 当一道程序在运行中发出I/O请求后，处理机只能处于等待状态，即必须等i/o完成后
   才能继续运行，因此处理机会长时间处于空闲状态，这会导致其利用率不高。
   4.

题目类型：程序调度性能分析

知识点：程序调度性能分析

要点：

• 分清计算and IO，在单道批、多道批下的工作状态，以及知道抢占式
• 处理机的利用率 = cup的执行时间 / 总的时间

三、有5个进程（如表2-1所示）需要调度执行，若采用非抢占式短进程优先调度算法，该5个进程的平均周转时间是多少？

题目类型：进程调度算法

知识点：进程调度及银行家算法

• 了解进程调度基本的算法含意
• 周转时间=作业完成时刻—作业到达时刻；
• 带权周转时间=周转时间/服务时间；
• 平均周转时间=作业周转总时间/作业个数；
• 平均带权周转时间=带权周转总时间/作业个数；

四、假定要在一台处理机上执行表2-2所示的作业，且假定这些作业在时刻0以1、2、3、4、5的顺序到达。请说明分别采用FCFS（先来先服务）、RR（时间片轮转）、SJF（短作业优先）及非抢占式优先级调度算法时，这些作业的执行情况。并计算各算法的平均周转时间和平均带权周转时间。

题目类型：进程调度算法

知识点：进程调度及银行家算法

• 了解进程调度基本的算法含意
• 周转时间=作业完成时刻—作业到达时刻；
• 带权周转时间=周转时间/服务时间；
• 平均周转时间=作业周转总时间/作业个数；
• 平均带权周转时间=带权周转总时间/作业个数；

五、有5个进程组成进程集合P={P0,P1,P2,P3,P4}，且系统中有3类资源A、B、C，假设在某时刻有表2-3所示的进程资源分配情况。请问当x,y,z取下列值时，系统是否处于安全状态？（1）1，4，0 （2）0，6，2；（3）1，1，1 （4）0，4，7

由银行家算法中Need、Max、Allocation间的关系可得：

(1）当Available为（1，4，0）时，根据Need矩阵可知，可满足P2的需求;P2结束后释放资

源，Available为（2，7，5）可满足P0、P1、P3、P4中任一进程的需求，因此系统不会出现死锁处于安全状态。

（2）当Available为（0，6，2）时，可满足进程P0、P3的需求：进程结束后释放P0、P3资源，

Available为（0.，6，7)，可滿足P4的需求；P4结束后释放资源．Available为（0，6，8），此时不能满足其余任一进程的需求，系统出现死锁，因此当前处在非安全状态。

（3）当Available为（1，1，1）时，可满足进程P0、P2,的需求；这两个进程结束后释放资源,，Available为（2，4，9），此时不能满足其余任一进程的需求，系统出现死锁，处于非安全

(4）当Available为（0，4，7）时．可满足P0的需求，进程结束后释放资源，Available为

（0，4，10），此时不能满足其余任一进程的需求，系统出现死锁，处于非安全状态。

题目类型：银行家算法

知识点：进程调度及银行家算法

解题步骤：

• 了解Need、Max、Allocation代表的含意
• 满足进程 —— 释放资源，不会出现死锁处于安全状态。
• 不满足进程 —— 系统出现死锁，处于非安全状态。

六、 假设一个分页存储系统具有快表，多数活动页表项可以存在于其中。若页表放在内存中，内存访问时间是1ns，快表的命中率是85%，快表的访问时间为0.1ns，则有效存取时间为多少？

当快表的命中率为85%时，执行一次访问内存操作（有效存取）需要的时间为：T = 0.1 x 85% + 1 x (1 - 85%) + 1 = 1.235ns

题目类型：分页存储系统有效存取时间

知识点：存储器管理

计算公式：快表的命中率 * 快表的命中访问时间 + 快表未命中率 * 快表未命中访问时间

七、 已知某系统页面大小为4KB，每个页表项的大小为4B，采用多层分页策略映射64位的用户地址空间。若限定最高层页表只有一项，则它可采用几层分页策略。

页面大小：4KB = 2^12B
页号：64 - 12 = 52
页面大小：2^12B
每个页面可存放 2^12 / 4 = 2 ^ 10个页表项
因此每一级的页号应对应10位
所以共52位的页号至少要分为六级

题目类型：多级页表机制

知识点：存储器管理

要点：各级页表的大小不能超过一个页面

解题步骤：

• 确定逻辑地址位数
• 页面大小
• 每个页面可存放的页表项数目

八、某虚拟存储器的用户空间共有32个页面，每个1KB，内存16KB。假定某时刻系统为用户的第0,1,2,3页分配的物理块号分别为5,10,4,7，而该用户作业的长度为6页，试将十六进制逻辑地址0A5C,103C,1A5C转换成物理地址。

由题目所给条件可知，该系统的逻辑地址有15位，其中高5位为页号，低10位为页内地址；物理地址有14位，其中高4位为块号，低10位为块内地址。另外，由于题目中给出的逻辑地址是十六进制数，故可先将其转化为二进制数以直接获得页号和页内地址，再完成地址转换。

1. 逻辑地址0A5CH转化为二进制为000 1010 0101 1100,页号为0 0010、即2号页,页号合法。从页表中找到对应的内存物理块号为4，即0100;与页内地址10 0101 1100拼接而形成物理地址01 0010 0101 1100,即125CH。
2. 逻辑地址103CH的页号为4，页号合法，但该页未装入内存,故产生缺页中断。
3. 逻辑地址1A5CH的页号为6,页号非法,故产生越界中断。

题目类型：虚拟地址转换成物理地址

知识点：虚拟存储器

解体流程：

• 页面个数 -> 页号
• 页面大小 -> 页内地址
• 找到页号对应的物理块号，换成二进制替换
• 页号合法，但该页未装入内存,故产生缺页中断。
• 页号非法,故产生越界中断。

九、某请求分页式存储管理系统，分配给某进程3个物理块，开始时预装入第1,2,3个页面，该进程的页面访问序列为1,2,4,2,6,2,1,5,6,1。若分别采用最佳页面置换算法和最近最久未使用页面置换算法，访问过程中发生的缺页率分别为多少？

题目类型：页面替换算法的理解

知识点：虚拟存储器

OPT页面置换算法（最佳页面置换算法）：在发生缺页中断时，替换掉的页面是，当前物理块中，最晚被用到的页面

LRU页面置换算法（最近最久未使用算法）：在发生缺页中断时，替换掉的页面是，当前物理块中，最近最久未使用的页面

十、在某请求分页式管理系统中，假定某进程的页面内容如表1所示。页面大小为4KB，一次内存的访问时间是100ns，一次快表的访问时间是10ns，处理一次缺页的平均时间是10⁸ ns（已包含更新快表和页表的时间），进程的驻留集大小固定为2，采用最近最久未使用页面置换算法和局部淘汰策略。假设：（1）快表初始为空；（2）地址转换时先访问快表，若快表未命中，则在访问页表（忽略访问页表之后的快表更新时间）；（3）有效位为0表示页表不在内存中，产生缺页中断，缺页中断被处理后，返回产生缺页中断的指令处重新执行。设有虚拟地址访问序列2362H,1565H,25A5H，请问：（1）依次访问上述3个虚地址，各需要多少时间？给出计算过程。（2）基于上述访问序列，虚地址1565H的物理地址是多少？请说明理由。

• 页面大小：4 KB = 10¹²,页内偏移量：12位，故高4位为页号

  1. 2362 H,页号为2，页内地址362 H

     • 访问快表（10 ns）—— 未命中
     • 访问页表（100 ns） —— 命中，对应的物理块号为254 H，所以物理地址拼接为254362 H,同时将 页号2的信息装入快表
     • 访问内存（100 ns）

     总时间：10 ns + 100 ns + 100ns = 210 ns

  2. 1565 H,页号为1，页内地址362 H

     • 访问快表（10 ns）—— 未命中
     • 访问页表（100 ns） —— 未命中，发生缺页中断（10⁸ ns）,更新页表、快表
     • 访问快表（10 ns）—— 命中
     • 访问内存（100 ns）

     总时间：10 ns + 100 ns + 10⁸ ns + 10 ns + 100ns = 10⁸ ns

  3. 25A5 H,页号为2，页内地址5A5 H

     • 访问快表（10 ns）—— 命中,对应物理块号为254 H, 物理地址2545A5 H
     • 访问内存（100 ns）

     总时间：10 ns + 100 ns = 110 ns

• 访问1565 H 时，产生缺页中断，在处理缺页中断时，合法驻留集为2，内存已满，LRU页面置换算法将选择淘汰0号页，然后将101 H 好号页框分配给1号页，这样便可以得到对应的物理块号101 H，其与页内地址565 H拼接成物理地址为101565H。

题目类型：虚拟地址转换为物理地址所需时间

知识点：虚拟存储器

快表 -> 页表（命中） -> 内存

快表 -> 页表（未命中）-> 缺页中断 -> 快表 -> 内存