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。

操作系统期末大题_第1张图片

操作系统期末大题_第2张图片

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。

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  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。
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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?

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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。

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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

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由银行家算法中Need、Max、Allocation间的关系可得:

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(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?

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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。

请添加图片描述

  • 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

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