操作系统习题解答

练习答案

练习1

1.1-1.10题解见书

1.11有一台输入设备和一台输出设备的计算机系统上，运行有两道程序。两道

程序投入运行情况如下：

程序1先开始运行，其运行轨迹为：计算50ms、输出100ms、计算50ms、输出100ms，结束；

程序2后开始运行，其运行轨迹为：计算50ms、输入100ms、计算100ms、结束。

1. 忽略调度时间，指出两道程序运行时，CPU是否有空闲？在哪部分空闲？

2. 有无等待CPU的情况？如果有，发生在哪部分？

题解:

由题画出CPU利用图如下：

由图可知，1.CPU有空闲，在100ms~150ms时间段是空闲的。

2.程序1无等待时间，而程序2在一开始的0ms~50ms时间段会等待。

1.12 在计算机系统上运行三道程序，运行次序为程序1、程序2、程序3。

程序1的运行轨迹为：计算20ms、输入40ms、计算10ms。

程序2的运行轨迹为：计算40ms、输入30ms、计算10ms。

程序3的运行轨迹为：计算60ms、输入30ms、计算20ms。

忽略调度时间，画出三道程序运行的时间关系图；完成三道程序共花多少时间？与单道程序比较，节省了多少时间？

解答：三道程序运行，完成三道程序共花170ms。与单道程序（260ms）比较，节省了90ms。

（始终按照1-2-3的次序，即程序1→程序2→程序3→程序1→程序2→（在程序3运行前会停10ms等待输入完成）程序3。

（如果不是按照程序1、2、3的次序完成则会有多种情况。）

1.13 在计算机系统上有两台输入/输出设备，运行两道程序。

程序1的运行轨迹为：计算10ms、输入5ms、计算5ms、输出10ms、计算10ms。

程序2的运行轨迹为：输入10ms、计算10ms、输出5ms、计算5ms、输出10ms。

在顺序环境下，先执行程序1，再执行程序2，求总的CPU利用率为多少？题解：由题画出CPU利用图如下：

由图可知，在总共80ms的时间里，CPU空闲时间为40ms，即：

CPU利用率=40ms/80ms*100%=50%

1.14 一个计算机系统有足够的内存空间存放3道程序，这些程序有一半的时间在空闲等待I/O操作。问多大比例的CPU时间被浪费掉了。

题解：由题画图如下：

因为每个程序有一半的时间在等待I/O操作，所以在并发状态下，程序1、程序2、程序3所占时间比依次减半（如上图），所以浪费的时间比例为1/8。

练习2

2.1-2.17题解见书

2．18 某系统中进程状态变化如图2.22所示，当对系统中的进程进行观察时，发现某一进程产生的一次状态变化会引起另一进程发生状态变化。

（1）在什么情况下，一个进程的状态变化3能够立即引起另一进程的状态变化1？

（2）在什么情况下，一个进程的状态变化2能够立即引起另一进程的状态变化1？

（3）进程的状态变化3是否可能引起另一进程的状态变化2？进程的状态变化3是否可能引起另一进程的状态变化1？

解答：

（1）当就绪队列中还存在其它进程的情况下，一个进程的状态变化3能够立即引起另一进程的状态变化2。

（2）当就绪队列中还存在其它进程的情况下，一个进程从运行状态变化到就绪状态后，另一个就绪进程能够从就绪状态变为运行状态。

（3）不可能，可能。

2．19分别写出相应的程序来描述图2.23中的前趋图。

解答

程序：S1:a:=x+1

S2:b:=a+2

S3:c:=a+3

S4:d:=b+4

S5:e:=b+c

S6:f:=e+5

S7:g=e+6

程序：S1:a:=x+1

S2:b:=a+2

S3:c:=a+3

S4:d:=b+4

S5:e:=b+c

S6:f:=d+e S1

S2

S3 S4

S5 S6 S7 S1

S2

S3 S4

S5 S6

S7

S7:g:=c+e

2.20 假设在一个系统中，新进程以每分钟8个进程的速率到达，每个进程请求服务的平均时间为6s，估计在一个单处理器系统中CPU忙的时间比率。

如果新进程以每分钟10个进程的速率到达，每个进程请求服务的平均时间也为6s，估计在一个单处理器系统中CPU忙的时间比率。

如果新进程创建以每分钟超过10个进程的速率到达，每个进程请求服务的平均时间为6s，估计在一个单处理器系统中CPU忙得时间比率，并解释此时的情况。

解答：

因为新进程每分钟8个进程的速率到达，每个进程之间达到的时间间隔为7.5s。由于每个进程占用6s的CPU时间。所以，1分钟之内CPU的空间时间为8*1.5s=12s。CPU的利用率为48/60=0.8，即80%。

因为新进程每分钟10个进程的速率到达，每个进程之间达到的时间间隔为6s。由于每个进程占用6s的CPU时间。所以，1分钟之内CPU的空间时间为0s。CPU的利用率为100%。

如果新进程创建以每分钟超过10个进程的速率到达，每个进程请求服务的平均时间为6s，则请求服务时间会大于1分钟，CPU一直会处于繁忙，所以 CPU 忙的时间比率同样为100%。

2.21 一个系统中有4个进程，进程P1要求20s后运行，经过40s后再次运行；进程P2要求25s后运行；进程P3要求35s后运行，经过35s后再次运行；进程P4要求60s后运行。进程在阻塞队列等待被唤醒后运行，试创建进程的唤醒队列。

解答：进程的唤醒队列为P1→P2→P3→P4→P1→P3

注意：“经过40s后再次运行”表示第1次运行完成后再过40s。

2.22 如果线程是在用户空间线程库中实现，解释为什么当进程中的一个线程阻塞时，进程内的所有其它线程都会阻塞？如果线程是在内核空间中实现,而进程内的一个线程阻塞不会引起进程内的其他线程被阻塞，为什么？

解答：

用户级线程由用户空间运行的用户级线程库实现。当一个应用程序提交给操作系统后，操作系统首先为该应用程序建立一个内核管理进程，然后用户级线程库为该进程创建一个或多个用户级线程，但内核并不知道用户空间线程的活动，内核只是以进程为单位，实现进程状态的转换，因此当进程中的一个线程阻塞时，进程内的所有其它线程都会阻塞。

如果线程是在内核空间中实现的，这些内核级线程都由内核创建和控制管理，内核为整个进程及进程中的所有线程维护现场信息，内核的调度是在线程的基础上进行的，因而进程的一个线程阻塞不会引起进程内的其他线程被阻塞。

练习3

3.1-3.12题解见书

3.13证明作业调度算法中短作业优先调度算法具有最小平均等待时间。

证明:假设在作业队列中等待运行的作业有N道,分别为N0，N1，N2，…，Nn-1，