操作系统学习-练习题个人总结（六）

操作系统学习-练习题个人总结（六）

第三章 进程管理

一、第五节-进程调度-课前测试

1、错题解析

1. 某系统中有4个进程：A、B、C、D，其运行时间分别为6ms，3ms，1ms，7ms，均在时刻0到达系统，到达的顺序为A、B、C、D，若采用短进程优先调度算法，则平均周转时间是（8ms）。

   解析：调度顺序CBAD。

2. 某系统中有4个进程：A、B、C、D，其运行时间分别为6ms，3ms，1ms，7ms，均在时刻0到达系统，到达的顺序为A、B、C、D，若采用时间片轮转调度算法，时间片长度为3，则平均周转时间是（10.75）。

   解析：调度顺序：ABCDAD

3. 下列选项中，提升进程优先级的合理时机有（进程刚完成I/O操作，进入就绪队列；进程长期处于就绪队列中）。

   解析：进程时间片用完（↓）；进程从就绪状态转为运行状态（运行后↓）；刚被V操作唤醒的进程（此时从阻塞状态转换，但还未进行例如I/O操作等准备工作，不是合适的时机）；当进行进程调度时，提升就绪队列中所有进程的优先级（没有这个必要）。

2、正确知识点总结

1. 进程调度算法采用固定时间片轮转调度算法时，如果时间片过大，就会使时间片轮转算法转化为（先来先服务）调度算法。
2. （先来先服务调度算法）有利于CPU繁忙型的作业，而不利于I/O繁忙型的作业。
3. 设有4个作业同时到达系统，每个作业的执行时间均为2h，它们在一台处理器上按单道方式运行，则平均周转时间为（5）。–顺序执行
4. 在非剥夺调度方式下，运行进程执行V原语之后，其状态（不变）。

补充：

调度性能的评价指标：CPU的利用率；系统吞吐量；周转时间和带权周转时间；响应时间；对截止时间的保证。
高级调度：作业调度或长程调度
低级调度：进程调度
中级调度：内存外存对换（为了提高内存利用率和系统吞吐量）

进程调度时机

• 分时系统中时间片用完；
• 当前进程本身状态发生转换：进程终止；进程等待；
• 进程从系统调用中返回用户态；
• 系统从中断处理中返回用户态；
• 就绪队列中出现比当前进程优先级更高的进程；

进程调度考虑因素（如何判断一个进程调度方式设计的优缺点？）

• 系统设计目标：批处理系统；交互式系统；实时系统；网络系统
• 调度的公平性
• 资源的均衡利用：各类资源的均衡利用；多个同类资源的均衡利用
• 合理的系统开销：调度开销->运行调度算法的开销，上下文切换开销

周转时间=完成时间-提交时间
带权周转时间=周转时间/要求执行时间
非抢占–不打断；抢占-打断

进程调度算法

• 先来先服务调度算法（FCFS）：实现简单；对长作业有利，对短作业不利；平均周转时间可能较长；没有考虑任务的紧迫性。
• 短作业（进程）优先调度算法（SJF）
  非抢占式调度：谁短谁先来/?-?/
  抢占式调度：
  ①同非抢占思路，但是会打断执行；
  ②按照剩余时间安排【使作业的平均周转时间最短】：对长作业不利（饥饿状态）；对紧迫作业不利；估计运行时间不准，难以真正做到短作业（进程）优先。
• 高响应比优先调度算法（HRRF）
  响应比=1+等待时间/要求服务时间；
  优点：首先照顾了短作业；同时也考虑了长作业的等待时间，相对比较公平。
  缺点：每次调度都需要重新计算所有作业或就绪进程的响应比，系统开销较大；常采用非抢占调度方式；不能保证紧迫型任务得到及时处理。
• 优先级调度算法
  ①静态优先级：有可能使得低优先级的作业一直无法得到CPU。
  ②动态优先级：【简单说就是“使用了就降低，没使用或要使用就提高”】进程使用CPU超过一定数值时，降低优先级；进程I/O操作后，增加优先级；进程等待时间超过一定数值时，提高优先级。
• 时间片轮转调度算法-交互式系统
  时间片确定：T=Nq；N为就绪队列中进程数，T为系统响应时间，q为时间片。
• 多级队列调度算法：优先级不同的队列；各自有各自的调度算法。
• 多级反馈队列调度算法：优先级（调度级别）不同的队列，按照优先级（就绪队列）设置不同时间片；各级就绪队列按FCFS组织，按时间片调度，每个进程被调度后运行一个当前队列的时间片长度；最后一级按时间片轮转方式组织调度；各队列间按抢占式优先级算法调度。

调度算法举例

二、第五节-进程调度-课堂测试

正确知识点总结

1. 若每个作业只能建立一个进程，为使短作业、长作业和交互型作业用户都满意，应采用（多级反馈队列调度算法）。
2. 现在有三个作业同时到达系统，它们所需的执行时间分别是T1、T2、T3，且T1＜T2＜T3，若想获得最短的平均周转时间，请你选择合适的进程调度算法，并且所得到的最短平均周转时间是（(3T1+2T2+T3)/3）。–按照SJF调度算法。

三、第五节-进程调度-课后作业

1、错题解析

1. 试给某系统设计进程调度的解决方案，期望能满足以下性能要求：①对各进程有合理的响应时间；②有较好的外部设备利用率；③能适当照顾计算量大的进程；④系统调度开销（调度算法运行时间开销）与系统中就绪进程的数量无关；⑤紧迫型任务能得到及时处理。
   请详细说明你的设计方案是如何满足上述性能要求的。

解：
进程调度算法：优先调度与时间片调度相结合的调度算法
1、当CPU空闲时，若高优先就绪队列非空，则从高优先就绪队列中选择一个进程运行，分配时间片为30ms。
2、当CPU空闲时，若高优先就绪队列二进制数为0，即就绪队列为空，则从中等优先就绪队列中选择一个进程运行，分配时间片为30ms。
2、当CPU空闲时，若高优先就绪队列、中等优先就绪队列皆为空，则从低优先就绪队列中选择一个进程运行，分配时间片为100ms。
进程状态：运行、就绪、等待；
队列结构：低、中、高优先级就绪队列；因I/O操作等待队列；紧迫进程等待队列；
为每个就绪队列设置一个二进制位，1表示存在进程，0表示就绪队列中无进程；

四、第六节-进程通信-课前测试

1、错题解析

在管道通信机制中，管道是一个普通的共享文件。（×）

解析：概念性内容。

2、正确知识点总结

1. 在进程通信中，（高级通信)常用信件交换信息。
2. 在消息缓冲队列通信中，消息队列属于（临界）资源。
3. 共享存储器通信机制的最大特点是没有中间环节，因而通信效率高。（√）

补充：

通信过程：
申请共享存储分区；
将共享存储分区映射到本进程地址空间中；
进行数据读写；
解除共享存储分区映射；
删除共享存储分区；

通信方式：

1. 客户/服务器系统通信（C/S模式）

2. 高级通信机制：

• 消息传递系统通信：

1. 直接通信：send()、receiver()原语实现
2. 间接通信：通过一个“信箱”传递信息
   信箱头：信箱名、信箱大小、创建者、存取信件指针、信件数量等
   信箱体：存放消息
   类型：私用信箱、共享信箱（用户进程）；公用信箱（操作系统）；

• 管道通信
  管道：共享文件；严格先进先出，不支持文件定位；分为无名（兄弟父子进程）、有名（任意进程）两种。
  读写操作同步互斥，通信两方必须同时存在。
• 消息缓冲队列通信
  send（）发送原语：
  •申请空白消息缓冲区；
  •填写该空白消息缓冲区；
  •将该消息缓冲区挂到接收进程的消息队列上。
  receiver（）接收原语：
  •从接收队列中取下一个消息缓冲区；
  •将该消息缓冲区内容复制到就收区中；
  •将该消息缓冲区清空后挂到空白消息缓冲队列上。

五、第六节-进程通信-课堂测试

1、错题解析

1. 在消息传递通信机制的直接通信方式中，其发送原语要做的工作不包括（在发送进程自己的内存空间中设置一个发送区，并将相关信息填入其中）。

   解析：都是在缓冲区进行操作队列，真正写入和读出时才会和内存有关。

2. 在消息缓冲队列通信机制中，消息的一般形式由四个部分组成，为（发送进程名、接收进程名、消息长度、消息正文）。

   解析：概念。

3. 关于Linux的管道通信机制，以下说法正确的是（无名管道由一组VFS对象来实现，存在于内存的高速缓存中，没有对应的磁盘映像）。

   解析：使用mkfifo()系统调用创建一个有名管道时，系统会为其建立一个i节点（与i节点无关），并同时分配若干磁盘空间以存放管道文件内容。

4. 管道通信是利用共享文件实现的，因此管道的容量是是由系统的文件大小决定的。（×）

   解析：管道大小是系统规定的，与文件大小无关。

2、正确知识点总结

1. 在Linux中，创建一个共享内存段的系统调用是（shmget()）。
2. Linux中能支持两台计算机之间的通信机制是（Socket）。（客户/服务器通信）

六、第七节-死锁基本概念-课前测试

1、错题解析

1. 产生死锁的基本原因是系统资源不足和进程推进顺序非法。（√）

   解析：概念。

2. 使用信号量的PV操作解决进程之间的同步与互斥问题时，能有效避免系统进入死锁状态。（×）

   解析：显然有些不能。

3. 在多进程的系统中，肯定不会因为竞争内存而产生死锁。（√）

   解析：内存是可剥夺性资源。

2、正确知识点总结

1. 当进程资源分配图中出现环路时，系统不一定发生了死锁。
2. 多个进程共享可剥夺资源不会产生死锁。
3. 当系统资源配置不足时，系统最终会进入死锁状态。（×）
4. 当系统发生死锁时，至少有两个或两个以上的进程处于等待状态。
5. 若某时刻系统中所有进程都进入阻塞状态时，我们称系统发生了死锁。（×-比如系统中3个进程，一个进程获得打印机，在等待打印操作完成；另外两个进程在等待分配打印机，都处于等待状态，但系统没有死锁）

补充：

系统资源：

• 可重用资源
  • 可剥夺资源：处理器、主存等
  • 不可剥夺资源：打印机、磁带机、队列、文件等【死锁】
• 消耗性资源：中断、信号、消息等【死锁】

产生死锁的必要条件：【只要有一个条件不满足，就不会形成死锁】

• 互斥条件
• 请求和保持条件
• 不剥夺条件
• 环路等待条件

处理死锁的基本方法：

• 预防死锁
  • 破坏占有且等待条件-静态分配资源（独占）；允许动态申请资源（没有资源时才可申请）
  • 破坏不可剥夺条件-要么释放自己的资源后阻塞；要么剥夺不了就阻塞
  • 破坏循环等待条件-按顺序分配资源
• 避免死锁
  安全状态-银行家算法
• 死锁的检测与解除
  资源分配图
  死锁检测算法-coffman

七、第七节-死锁基本概念-课堂测试

1、正确知识点总结

1. 在多进程的系统中，肯定不会因为竞争打印机而产生死锁。（×）
2. 在多进程的系统中，肯定不会因为竞争CPU而产生死锁。（√）【可剥夺资源】

八、第七节-处理死锁的方法-课堂测试

1、错题解析

1. 某时刻系统的资源分配图如下图所示，请判断系统是否发生死锁。（P1、P2和P3都发生死锁）
   
   解析：去除“不独立且不阻塞的进程”，显然图中没有，存在死锁。

2. 如果系统中只有一个临界资源，同时有很多进程要竞争该资源，那么系统（一定不会）发生死锁。

   解析：用就用，不用就不用，不存在同时用活同时等待的情况。

2、正确知识点总结

1. 设系统中仅有一类数量为M的独占型资源，系统中有N个进程竞争该类资源，其中每个进程对该类资源的最大需求数量为W，当M、N、W分别去下列值时，可能出现死锁的情况是（6；3；3）。【当N*（W-1）+1≤M时，系统不会发生死锁】
2. 某系统中有4个并发进程，都需要同类资源4个，试问该系统不会发生死锁的最少资源数是（13）个。
3. 系统中有13台打印机，N个进程共享打印机资源，每个进程要求3台。当N的取值不超过（6）时，系统不会发生死锁。
4. 采用资源剥夺法可以解除死锁，还可以采用（撤销进程）方法解除死锁。
5. 在某一时刻，进程P1和P2已执行或将执行下列关于临界资源的操作序列：P1已申请到资源S1，申请资源S2，释放资源S1；P2已申请到资源S2，申请资源S1，释放资源S2，系统继续并发执行P1和P2。若进程申请不到所需要的资源时阻塞，则系统将（必定产生死锁）。

九、第八节-线程基本概念-课堂测试

1、正确知识点总结

1. 内核级线程的切换都需要内核的支持。
2. 键盘是低速的独占设备，一段时间内通常为当前占据终端的应用服务。
3. 若某个进程拥有10个用户级线程，系统进程调度采用时间片轮转调度算法，则每当该进程被调度运行时，这些线程执行时间上占用（1）个时间片。
4. 采用纯用户级多线程策略时，处理器调度的对象是（进程）。
5. 操作系统中引入线程的概念后，一个进程可以包含多个线程，每个线程都有自己独立的地址空间。（×）
6. 属于同一个进程的用户级线程运行结束后，那么同一个进程的其他用户级线程还可以占有CPU运行，直到时间片用完。（√）
7. 由一个进程中的线程切换到另一个进程中的线程时，一定需要操作系统内核的参与。
8. 线程机制中，一个进程可以包含多个线程；一个线程也可以属于多个进程。（×）
9. 对于纯用户级线程，其调度是由运行在用户态下面的线程库来完成的，因此两个纯用户级线程的切换将不会引起进程的切换。（×）

补充：

**线程：**线程是隶属于进程的一个实体，是比进程更小的一个运行单位。
线程与进程的比较
调度：线程是CPU的调度单位；进程是独立调度和分派的基本单位
并发性：皆可
资源：进程是资源分配和拥有单位，线程基本不拥有资源，同一进程中所有线程共享进程所拥有的资源
系统开销：线程 < 进程

线程的实现机制

• 用户级线程
  优点：线程的调度及切换开销小；线程调度由应用程序完成，可以选择最适当的算法;可运行在任何操作系统上。 - 内核级线程
  优点：对多处理器，核心可以同时调度同一进程的多个线程；阻塞是在线程一级完成；核心例程是多线程的；
  缺点：同一进程内的线程切换调用内核，系统开销大。
  - 组合方式
  多对一模型：
  优点：线程管理开销小，效率高；
  缺点：线程系统调用时，将导致所属进程阻塞；核心只将处理器分配给进程，同一进程中的两个线程不能同时运行于两个处理器上；
  一对一模型：
  优点：线程系统调用时，仅阻塞线程；能获得多处理器的好处；
  缺点：线程管理开销大；
  多对多模型：
  优点：线程系统调用时，仅阻塞线程；能获得多处理器的好处；线程管理开销不至于增加太大