操作系统作业

操作系统作业：1-1、操作系统OS定义：是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理的对各类作业进行调度，方便用户使用的程序的集合。

1-2、操作系统的接口：（1）命令接口—用户直接使用OS--命令（2）程序接口—在程序中使用--系统调用（3）图形接口—窗口，图标系统观点：资源管理者(CPU管理,存储器管理,设备管理,文件管理)1-3、操作系统的三种类型：多道批处理系统，分时系统，实时系统（比较其特点，主要技术，，解决问题，指标，适用场合）1-4、OS的基本特性：并发、共享、虚拟、异步1-5、操作系统的主要功能：处理机管理：进程控制，进程同步，进程通信，进程调度。

存储器管理：内存分配，内存保护，地址映射，内存扩充。

设备管理：缓冲管理，设备分配，设备处理。

文件管理：文件存储空间的管理，目录管理，文件的读/写管理和保护。

用户接口：命令接口（联机，脱机），程序接口，图形接口。

1-6、操作系统的结构设计无结构，模块结构，层次结构，微内核结构补充：微型机的发展虚拟性的两种表现：时分、频分复用技术2-1、进程的定义与特征(1)进程的定义：可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程，是拥有资源、接受调度的独立单位。

(2)进程的特征：.结构特征：进程=程序段+数据段+PCB(进程映像).动态性：一次执行过程，由创建产生，调度执行，阻塞暂停，撤消消亡。

.并发行：多个进程在一段时间内同时运行。

.独立性：进程是独立的调度单位，运行单位，资源分配单位。

.异步性：进程按各自独立的，不可预知的速度向前推进。

2-2、进程的三种基本状态及转换图：（1）就绪状态（ready）：拥有出CPU以外的所有资源，就绪队列。

（2）执行状态（run）:拥有所有资源(包括CPU),单机系统1个，多机系统多个。

（3）阻塞状态（block）:执行中的进程因某事件暂时无法执行，等待/睡眠状态，阻塞队列（1个或多个）。

2-3、进程控制块PCB的信息有那些？为什么说PCB是进程存在的唯一标志？2-4、PCB常驻内存，其组织方式有哪两种？2-5、原语primitive：调用核心子程序的指令,它好像是扩充的机器指令,与一般广义指令不同的是：具有不可中断性。

进程管理原语有：创建,终止；阻塞,唤醒；挂起,激活原语。

2-6、以创建原语、终止原语、阻塞原语为例，说明引起原语执行的事件，及原语执行过程。

（1）引起创建进程的事件：用户登录,作业调度,提供服务,应用请求.（2）进程创建原语Create()：申请空白PCB→为新进程分配资源→初始化PCB→将新进程插入就绪队列。

（1）引起进程阻塞和唤醒的事件：请求系统服务,启动某种操作,新数据尚未到达,无新工作可做.（2）进程阻塞原语block：找出PCB→stop→改状态→入队→调度2-7、进程通信的类型：（1）共享内存（2）消息传递系统2-8、消息传递通信的实现方法（1）直接通信方式（2）间接通信方式2-9、消息的格式，发送原语和接收原语。

3-1、三级调度指什么？其实现什么功能？3-2、三种调度队列模型指什么？3-3、选择调度方式和算法的准则是什么？3-4、什么是周转时间？响应时间？截止时间？3-5、调度算法是根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法。

FＣＦＳ、SJ(p)f、ＦＰＦ、时间片轮转、多级反馈适合是如何实现的？分别适合什么类型的操作系统？掌握计算周转时间的计算步骤。

3-6、实时系统的调度算法主要有哪两种？（1）最早截止时间优先（2）最低松驰度优先3-7、比较抢占式调度，与非抢占式调度？（算法实现、适合范围、代价等）3-8、静态优先权与动态优先权。

进程调度作业题：如表1所示，系统中有5个进程，忽略其I/O及其它开销，若分别按照FCFS、SJF、抢占式SJF、高响应比优先、时间片轮转（时间片Q=1）、多级反馈队列调度算法（3个队列，第I 个队列的时间片Q=2I）。

求各进程的完成时间、（平均）周转时间、（平均）带权周转时间。

表1 进程到达和服务时间4-1、线程的引入？比较进程和线程。

（1）共享代码、数据、文件；具有寄存器、栈、计数器。

（2）调度，并发，资源，开销4-2、比较内核支持线程和用户级线程。

（1）内核支持（2）处理器分配（3）调度时间（4）切换速度（5）系统调用4-3、多处理机系统的类型１．紧密耦合MPS和松散耦合MPS（共享资源，一个OS;网络）２．对称多处理器系统和非对称多处理器系统（同；不同,一主多从）３．多处理机调度算法：自调度、成组调度、专用处理器分配5、进程同步5-1、临界资源、临界区、前趋图5-2、进程之间的两种制约关系？5-3、同步机制的原则。

5-4、信号量机制：整型、记录型、AND型、信号量集5-5、间接制约关系（互斥关系）的解决方案：读者-写者问题5-6、前趋图。

画出下面语句的前趋图。

S1: a=x+y;S2:b=z+1;S3: c=a-b;S4: w=c+1;5-7、直接制约关系（同步关系）的解决方案：生产者-消费者问题5-8、管程的定义5-9、补充讲授：消息通信中的同步问题管程多线程同步作业：（1）过独木桥问题同一方向的行人可连续过桥，当一方向有人过桥时，另一方向的行人必须等待；当某一方向无人过桥时，另一方向的行人可以过桥。

（2）进程同步问题计算进程P0与打印进程P1共享一个循环多缓冲区。

计算进程P0负责计算，将计算结果放入缓冲区中，打印进程P1从中取出计算结果进行打印，请用记录型信号量描述上述进程的同步关系。

计算进程P0与打印进程P1、P2共享一个单缓冲区。

计算进程P0负责计算，将计算结果放入单缓冲中，打印进程P1 、P2从中取出计算结果进行打印，面且对每一个结果，P1、P2都需要打印一次。

请用记录型信号量描述上述进程的同步关系。

输入进程P0、计算进程P1共享一个单缓冲区，计算进程P1、打印进程P2共享一个单缓冲区。

输入进程P0负责输入，将数据输入单缓冲中，计算进程P1从中取出数据进行计算，计算进程P1负责计算，将计算结果放入单缓冲中，打印进程P2从中取出计算结果进行打印。

请用记录型信号量描述上述进程的同步关系。

父亲、儿子、女儿为三个进程，只有一个盘子，盘子中只能放一个水果。

如果父亲放一个苹果，只能由儿子取得，如果父亲放一个桔子，只能由女儿取得。

请用记录型信号量描述上述进程的同步关系。

（3）在PC同步问题的描述中，是否正确？为什么？如果不正确，改正错误。

proceducer:beginrepeat…producer an item nextp;…wait(mutex);wait(empty);buffer(in) ∶= nextp;in ∶= (in+1) mod n;signal(full);signal(mutex);until false;endconsumer:beginrepeatwait(mutex);wait(full);nextc ∶= buffer(out);out ∶= (out+1) mod n;signal(mutex);signal(empty);consumer the item in nextc;until false;end（4）用AND信号量描述生产者--消费者PC问题。

（5）用信号量集描述读者-写者RW问题。

（6）利用记录型信号量解决哲学家就餐问题时，如何防止死锁发生？（7）消息通信的同步问题。

进程管理的编程作业（也可以用其它编程语言实现）：（1）用JA V A实现多线程并发问题，Thread类/Runnable接口。

（2）用JA V A实现PC问题的同步。

（3）用JA V A实现进程调度算法：FCFS、SJF等。

（4）用JA V A实现消息通信：SOCKET编程。

（5）用JA V A实现银行家算法。

六、进程死锁6-1、产生死锁的原因：资源竞争；进程间推进顺序不当。

6-2、产生死锁的必要条件互斥条件；请求—保持条件；不可剥夺条件；环路条件；6-3、处理死锁的基本方法：预防、避免（安全性检查）、解除（检测）6-4、预防死锁的方法：出发点：通过破坏四个必要条件之一。

分析四个必要条件：1（不可破且要保证）；2，3，4可破（三种方法）。

6-5、系统安全状态安全状态：存在安全序列=〉为每个进程分配资源，都可顺序完成。

不安全状态：不存在安全序列（≠死锁状态）例：打印机总数10台存在安全序列p2 p1 p3=> 安全状态系统处于安全状态，一定不会死锁；系统处于不安全状态，不一定死锁。

6-6、死锁避免方法−银行家算法：能用于银行信贷而得名1．数据结构：A V AILABLE[1…M]; MAX[I,J]; ALLOCATION[I,J];NEED[I,J]= MAX[I,J]-ALLOCATION[I,J]2．银行家算法:检查：REQUESTI[J] ≤NEED[I,J]REQUESTI[J] ≤A V AILABLE[J]试探：（把资源分给进程PI）A V AILABLE[J]-= REQUESTI[J]；ALLOCA TION[I,J]+= REQUESTI[J]；NEED[I,J]-= REQUESTI[J]； 安全性算法—检查安全性3． 安全性算法:设置两个向量：WORK[I]= A V AILABLE FINISH[I]= FALSEI: FINISH[I]=FALSE; NEED[I,J]≤WORK[J] /执行完成/释放：WORK[I]+= ALLOCA TION[I,J]; N FINISH[I]=TRUE判断：所有进程的FINISH[I]=TRUE =〉安全;否则=〉不安全4． 银行家算法举例问： t 0时刻系统状态是否安全？ 答：安全 {p 1 p 3 p 4 p 2 p 0} 问： 此时p 1发出资源请求（1，0，2）能否分配？ 答：能比较：6-7、 解除死锁：发现死锁 解除死锁检测资源分配图死锁定理：s 为死锁的充分条件：当且仅当s 状态资源分配图是不可完全简化的。

完全简化=>无边死锁的解除方法1．剥夺资源：非死进程之资源 死锁进程。

2．撤消死锁进程（全部/逐个）：寻求最小进程数/最小撤消代价方法。

3．挂起死锁进程：负荷减轻，资源富余再解挂。

作业：在银行家算法中，若出现下面的资源分配情况：Process Allocation need availableP0 0032 0012 1622P1 1000 1750P2 1354 2356P3 0032 0652P4 0014 0656问：（1）该状态是否安全？（2）若进程P2请求（1，2，2，2），系统是否将资源分配给它？（3）如果系统立即满足P2的请求，系统是否马上处于死锁状态？7、内存管理目标：内存的分配；回收；重定位；内存保护；内存扩充。