操作系统第三章作业讲解

第三章 作业讲解
1、有5个作业进入就绪队列等待运行，预计它们的运行时间分别为9、6、3、5与X ，它们以什么样的调度顺序运行时会取得最小的响应时间？（答案与X 值有关） 答：短作业优先调度算法是使响应时间最小的调度算法： 0 < X ≤ 3时，调度顺序为： X 、3、5、6、9 3 < X ≤ 5时，调度顺序为： 3、X 、5、6、9 5 < X ≤ 6时，调度顺序为： 3、5、X 、6、9 6 < X ≤ 9时，调度顺序为： 3、5、6、X 、9 X > 9时，调度顺序为： 3、5、6、9、X
2、假设一个系统中有4个进程，它们的到达时间和服务时间如表所示，忽略I/O 以及其他开销时间，若分别按先来先服务（FCFS ）、非抢占及抢占的短进程优先（SPF ）、高响应比优先（HRRN ）、时间片轮转（RR ，时间片=1）、多级反馈队列调度算法（FB ，第i 级队列的时间片=2i-1）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。

算法
时间 进程
平均时间
A B C
D
FCFS
完成时间 周转时间 带权周转时间
5 5 1 7
6 3 16 13 1.44 23 1
7 2.43 10.25 1.97 SPF （非抢占） 完成时间
周转时间
带权周转时间 5 5 1 7 6 3 23 20 2.22 14 8 1.14 9.75 1.835 SPF （抢占）
完成时间 周转时间 带权周转时间 7 7 1.4 3 2 1 23 20 2.22 14 8 1.14 9.25 1.435 HRRN
完成时间 周转时间 带权周转时间 5 5 1 7 6 3 16 13 1.44 23 17 2.43 10.25 1.97 RR （q=1）
完成时间 周转时间 带权周转时间 12 12 2.4 4 3 1.5 23 20 2.22 22 16 2.29 12.75 2.1 FB （q=2i-1）
完成时间 周转时间 带权周转时间
13 13 2.6
6 5 2.5
23 20 2.22 21 15 2.14
13.25 2.365
3、若有4个周期性任务，任务A 要求每30ms 执行一次，执行时间为15ms ；任务B 要求每50ms 执行一次，执行时间为5ms ；任务C 要求每50ms 执行一次，执行时间为15ms ；任务D 要求每100ms 执行一次，执行时间为10ms ，应如何按最低松弛度优先算法对它们进行CPU 调试？ （要求画出0-150ms 时段的调度时序图，并列出每次切换时每个任务的松弛度）
进程 到达时间 服务时间 A 0 5
B 1 2
C 3 9
D 6 7
答：对于上面的4个周期性任务，利用最低松弛度优先算法进行调度的情况如图所示：
4、3个进程共享4个同类型的资源，每个进程最大需要2个资源，请问该系统是否会因为竞争该资源而死锁？
答：该系统不会因为竞争该类资源而死锁。

因为，必有一个进程可获得2个资源故能顺利完成，并释放出其所占用的2个资源给其他进程使用，使它们也顺利完成。

5、不安全状态是否必然导致系统进入死锁状态？举例说明。

答：不安全状态不一定导致进入死锁状态。

因为，安全性检查中使用的向量Max 是进程执行前提供的，而在实际运行过程中，一进程需要的最大资源量可能小于Max ，如一进程对应的程序中有一段进行错误处理的代码，其中需要n 个A 种资源，若该进程在运行过程中没有碰到相应的错误，而不需要调用该段错误处理代码，则它实际上将完全不会请求这n 个A 种资源。

6、在银行家算法中，若出现下面的资源分配情况：
Process Allocation Need Available P0 0 0 3 2 0 0 1 2 1 5 2 2
P1 1 0 0 0 1 6 5 0 P2 1 3 5 4 2 3 5 6 P3 0 1 3 2 0 5 5 2 P4
0 0 1 4
0 6 5 8
试问：1）该状态是否安全（要求列出安全性算法检查表）？
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（要求根据分配算法列出检查过程）？
3）如果系统立即满足P2的上述请求，请问，系统是否立即进入死锁状态，请说明原因？
答：1）利用安全性算法对上面的状态进行分析，找到了一个安全序列{P0、P3、P1、P2、P4}，故系统是安全的。

资源情况 进程
Work A B C D
Need A B C D
Allocation A B C D
Work+Allocation A B C D
Finish
0 50 100 10 20 30 40 60 70 80 90 到达时间
必须完成时间 松弛度 任务执行 A1 0 65 95 15 30 35 50 80 95 90 C1 D1 A2 A3 0 65 125 15 30 50
35 80 90 110 A1=15 B1=45 C1=35 D1=90 B1=30 C1=20 D1=75 A2=15 B1=15 D1=60 B3=35 C3=25 D2=80 D1=10 B2=15 A3=10 B2=30 D1=25 A4=10 B2=45 C2=35 D1=40 A2=10 D1=50 A4=15 B2=5 A1 A2 A3 A4 B2,C2
D1 B1,C1 A2 A3 A4 A5 B2,C2 B3,C3 D2 A1,B1 C1,D1 120 110 130 150 140 A5,B3 C3
A6,B4
C4 B1 B2 C2 C3
A4 A5=10 B3=20D2=65 A5 140 125 110 140 B3=5D2=60 B3 145 155 145 D2=55 D2
P0 P3 P1 P2 P4
1 5
2 2
1 5 5 4
1 6 8 6
2 6 8 6
3 9 13 10
0 0 1 2
0 5 5 2
1 6 5 0
2 3 5 6
0 6 5 8
0 0 3 2
0 1 3 2
1 0 0 0
1 3 5 4
0 0 1 4
1 5 5 4
1 6 8 6
2 6 8 6
3 9 13 10
3 9 1
4 14
True
True
True
True
True
2）P2发出请求向量Request(1,2,2,2)后，系统按银行家算法进行检查：
①Request2(1,2,2,2)<=Need2(2,3,5,6)
②Request2(1,2,2,2)<=Available(1,5,2,2)
③系统先假定可为P2分配资源，并修改Available，Allocation2和Need2向量：
Available=（0，3，0，0）
Allocation2=(2,5,7,6)
Need2=（1，1，3，4）
④进行安全性检查：此时对所有的进程，条件Needi<=Available(0,3,0,0)都不成立，即Available
不能满足任何进程的请求，故系统进入不安全状态。

此时当进程P2提出请求Request(1,2,2,2)后，系统不能将资源分配给它。

3）系统立即满足进程P2的请求（1，2，2，2）后，并没有马上进入死锁状态。

因为，此时上述进程并没有申请新的资源，并因得不到资源而进入阻塞状态。

只有当上述进程提出新的请求，并导致所有没有执行完的多个进程因得不到资源而阻塞时，系统才进入死锁状态。

7、进程资源的使用情况和可用情况如表所示，请画出资源分配图，并对资源图进行简化，这种情况下系
统会发生死锁吗？
进程
当前分配数待分配的请求可用资源
R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3
P1 P2 P3 P4 2
3
1
1
3
1
1
1
1
1
1
0 0 0
P1P2P3P4 R1R2R3
P1P2P3P4
R1R2R3P2只有分配边，没有请求边，所以首先可以将P2所有的边化简
P1P2P3P4
R1R2R3P2释放资源后，P1与P4都可以获得资源，运行结束。

所以选择P1化简
P1P2P3P4
R1R2R3
P4可以获得资源，运行结束。

P1P2P3P4
R1R2R3所有结点都成为孤立结点，所以图是可以完全化简的，不会发生死锁
存在两种化简序列1）p2-p1-p4-p3；2）p2-p4-p1-p3
8、要使下表中描述的状态安全，可用资源的最小数目应为多少？（注意，问题问的是可用资源的数目，
而不是存在的资源数）。

进程当前分配数最大分配数R1 R1
P1 P2 1
1
3
2
P3 P4 3
2
9
7
答：如果R1有一个资源可用，能保证P2运行完。

然后P2释放它现在使用的资源，使得R1类型的资源2个可用，这将允许P1执行完。

P1释放它使用的资源后，R1类型的资源数增加为3个可用。

只有3个R1类型的资源，如果P3、P4请求分配最大数目的资源，P3与P4就仍然处于死锁状态。

如果一开始就有3个R1类型资源，而不是1个，P4就可以获得5个R1的可用资源并运行完。

再加上P4原来占用的2个R1资源，就可以让P3运行。

所以使该状态安全的所需可用资源的最小个数为3。

9、在时间片轮转法中，应如何确定时间片的大小？
答：时间片长度可按如下方法确定：1）系统对相应时间的要求；2）就绪进程的数目：数目越多，时间片越小（当响应时间一定时）；3）系统的处理能力：应当使用户输入通常在一个时间片内能处理完，否则使响应时间，平均周转时间和平均带权周转时间延长；
10、在解决死锁问题的几个方法中，哪种方法最易于实现？哪种方法能使资源利用率最高？
答：解决死锁问题可归纳为三种方法：预防死锁、避免死锁、检测死锁和解除死锁。

其中预防死锁最容易实现的；避免死锁使资源的利用率最高。

课本上习题
8、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？
答：批处理系统可采用的进程调度算法有：高优先权优先调度算法、多级反馈队列调度算法、FCFS、SJF 分时系统可采用的进程调度算法有：基于时间片的轮转算法、抢占式优先权调度算法、多级反馈队列调度算法
实时系统可采用的进程调度算法有：非抢占式优先权调度算法、抢占式优先权调度算法、最早截止时间优先算法、最低松弛度优先算法（后两种都属于高优先权优先的实时调度算法）
5、在银行家算法中，若出现下面的资源分配情况：
Process Allocation Need Available
P0 0 0 3 2 0 0 1 2 1 6 2 2
P1 1 0 0 0 1 6 5 0
P2 1 3 5 4 2 3 5 6
P3 0 0 3 2 0 6 5 2
P4 0 0 1 4 0 6 5 6
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？
3）如果系统立即满足P2的上述请求，请问，系统是否立即进入死锁状态？
答：1）利用安全性算法对上面的状态进行分析，找到了一个安全序列{P0、P3、P4、P1、P2}，故系统是安全的。

资源情况进程
Work
A B C D
Need
A B C D
Allocation
A B C D
Work+Allocation
A B C D
Finish
P0 P3 P4 P1 P2 1 6 2 2
1 6 5 4
1 6 8 6
1 6 9 10
2 6 9 10
0 0 1 2
0 6 5 2
0 6 5 6
1 6 5 0
2 3 5 6
0 0 3 2
0 0 3 2
0 0 1 4
1 0 0 0
1 3 5 4
1 6 5 4
1 6 8 6
1 6 9 10
2 6 9 10
3 9 1
4 14
True
True
True
True
True
2）P2发出请求向量Request(1,2,2,2)后，系统按银行家算法进行检查：
①Request2(1,2,2,2)<=Need2(2,3,5,6)
②Request2(1,2,2,2)<=Available(1,6,2,2)
③系统先假定可为P2分配资源，并修改Available，Allocation2和Need2向量：
Available=（0，4，0，0）
Allocation2=(2,5,7,6)
Need2=（1，1，3，4）
④进行安全性检查：此时对所有的进程，条件Needi<=Available(0,4,0,0)都不成立，即Available
不能满足任何进程的请求，故系统进入不安全状态。

此时当进程P2提出请求Request(1,2,2,2)后，系统不能将资源分配给它。

3）系统立即满足进程P2的请求（1，2，2，2）后，并没有马上进入死锁状态。

因为，此时上述进程并没有申请新的资源，并因得不到资源而进入阻塞状态。

只有当上述进程提出新的请求，并导致所有没有执行完的多个进程因得不到资源而阻塞时，系统才进入死锁状态。