1、计算机学科专业基础综合计算机操作系统-4 及答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、B综合应用题/B(总题数：41，分数：100.00)1.试比较单道与多道批处理系统的特点及优缺点。（分数：3.00）_2.试比较脱机 I/O 和联机 I/O。（分数：3.00）_3.试在交互性、及时性和可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较。（分数：3.00）_4.说明实时任务的类型和实时系统的类型。（分数：3.00）_5.处理机管理具有哪些功能?它们的主要任务是什么?（分数：3.00）_6.操作系统有哪两种服务方式?它们是如何实现服务的?（分数：2.00）_7.操作系统必须具备的功能有哪些?
2、（分数：2.00）_8.为什么说操作系统是由中断驱动的?（分数：2.00）_9.简述判断死锁的必要条件。（分数：2.00）_10.假定系统有三个并发进程 read、move 和 print 共享缓冲器 B1 和 B2。进程 read 负责从输入设备上读信息，每读出一条记录后把它存放到缓冲器 B1 中。进程 move 从缓冲器 B1 中取出一条记录，加工后存入缓冲器 B2。进程 print 将 B2 中的记录取出打印输出。缓冲器 B1 和 B2 每次只能存放一条记录。要求三个进程协调完成任务，使打印出来的与读入的记录的条数，次序完全一样。请用 wait 和 signal 原语写出它们的并发程序。
3、（分数：2.00）_11.举例说明，P、V 操作为什么要求设计成原语(即对同一信号量上的操作必须互斥)。 P(S)操作： S.value-; if(S.value0) Add this process to S.L; Block(); V(s)操作： S.value+; if(S.value=0) Remove a process P from S.L; Wakeup(P); （分数：2.00）_12.并发使得处理机的利用率得到提高，其主要原因是处理机与 I/O 可以同时为多个进程服务，也即处理机与 I/O 设备真正地并行。但是处理机的利用率提高并不是简单地将两个进程的处理机利用率相加，而是遵
4、循一定的规律。现在有一个计算机系统采用多道程序技术实现了并发，调度算法采用时间片轮转，时间片很小可以不计进程并发时的次序。忽略计算机系统的开销。 假设进程创建时间和完全占有 CPU 运行的确切时间如下表所示。已知其 I/O 繁忙率为 80%，处理机的利用率为 20%。 进程 创建时间 CPU 运行时间/min0 10:00 41 10:10 32 10:15 23 10:20 2请计算并填写下列空格和图表空格处。 系统中进程的数量 1 2 3 4I/O 繁忙率CPU 利用率每个进程的 CPU 利用率*（分数：2.00）_13.设有一缓冲池 P，P 中含有 10 个可用缓冲区，一个输入进程将外部
5、数据读入 P，另有一个输出进程将P 中数据取出并输出，如下所示。若进程每次操作均以一个缓冲区为单位，试用记录型信号量写出两个进程的同步算法，要求写出信号量的设置。 输入进程 输出进程 L：读入数据 L：从一满缓冲区中取出数据 将数据写入一空缓冲区将 数据输出 GOTO L GOTO L（分数：2.00）_14.一个 SPOOLing 系统由输入进程 I、用户进程 P、输出进程 O、输入缓冲区、输出缓冲区组成。进程 I通过输入缓冲区为进程 P 输入数据，进程 P 的处理结果通过输出缓冲区交给进程 O 输出。进程间数据交换以等长度的数据块为单位，这些数据块均存储在同一个磁盘上，因此，SPOOLin
6、g 系统的数据块通信原语保证始终满足：i+o()max。其中，max 为磁盘容量(以该数据块为单位)，i 为磁盘上输入数据块总数，o为磁盘上输出数据总数。 该 SPOOLing 系统运行时： (1)只要有输入数据，进程 I 终究会将它放入输入缓冲区； (2)只要输入缓冲区有数据块，进程 P 终究会输入、处理并产生结果数据写到输出缓冲区； (3)只要输出缓冲区有数据块，进程 O 终究会输出它。 请说明该 SPOOLing 系统在什么情况下死锁，并说明如何修正约束条件(1)避免死锁，同时仍允许输入数据块和输出数据块存储在同一个磁盘上。（分数：2.00）_15.什么是 AND 信号量?请利用 AND
7、 信号量写出生产者一消费者问题的解法。（分数：2.00）_16.测量控制系统中的数据采集任务把所采集的数据送一个单缓冲区，计算任务从该单缓冲区中取出数据进行计算。试写出利用信号量机制实现两者共享单缓冲区的同步算法。（分数：2.00）_17.试利用记录型信号量写出一个不会出现死锁的哲学家进餐问题的解决算法。（分数：2.00）_18.为什么进程在进入临界区之前应先执行“进入区”代码，在退出临界区后又执行“退出区”代码?（分数：2.00）_19.我们为某临界区设置一把锁 W，当 W=1 时表示关锁，W=0 时表示锁已打开。试写出开锁原语和关锁原语，并利用它们去实现互斥。（分数：2.00）_20.试修
8、改下面生产者-消费者问题解法中的错误。 producer: begin repeat producer an item in nextp; wait(mutex); wait(full); buffer(in):=nextp; signal(mutex); until false; end consumer: begin repeat wait(mutex); wait(empty); nextc:=buffer(out); out:=out+1; signal(mutex); consumer item in nextc; until false; end（分数：2.00）_21.3 个进程
9、 P1、P2、P3 互斥使用一个包含 N 个(N0)单元的缓冲区，P1 每次用 produce()生成一个正整数并用 put()送入缓冲区某一空单元中；P2 每次用 getodd()从该缓冲区中取出一个奇数并用 countodd()统计奇数个数；P3 每次用 geteven()从该缓冲区中取出一个偶数并用 counteven()统计偶数个数。请用信号量机制实现这 3 个进程的同步与互斥活动，并说明所定义的信号量的含义。要求用伪代码描述。（分数：2.00）_22.假设程序 PA 和 PB 单独执行时所需的时间分别用 TA和 TB表示，并且假设 TA=1h，T B=1.5h，其中处理器工作时间分别
10、为 TA=18min，T B=27min，如果采用多道程序设计方法，让 PA 和 PB 并行工作，假定处理器利用率达到 50%，系统开销为 15min，请问系统效率能提高多少?（分数：2.00）_23.某多道程序设计系统配有一台处理器和两台外设 101、102，现有 3 个优先级由高到低的 J1、J2、J3都已装入了主存，它们使用资源的先后顺序和占用时间分别是： J1：102(30ms)，CPU(10ms)；101(30ms)，CPU(10ms)； J2：101(20ms)，CPU(20ms)；102(40ms)； J3：CPU(30ms)，101(20ms)。 处理器调度采用可抢占的优先数算
11、法，忽略其他辅助操作时间，回答下列问题。 (1)分别计算作业 J1、J2 和 J3 从开始到完成所用的时间。 (2)3 个作业全部完成时 CPU 的利用率。 (3)3 个作业全部完成时外设 101 的利用率。（分数：2.00）_24.有 A、B 两个程序，程序 A 按顺序使用 CPU 为 10s，使用设备甲为 5s，使用 CPU 为 5s，使用设备乙为5s，最后使用 CPU 为 10s。程序 B 按顺序使用设备甲为 10s、使用 CPU 为 10s，使用设备乙为 5s，再使用CPU 为 5s，使用设备乙为 10s，试问： (1)在顺序环境下执行程序 A 和程序 B，CPU 的利用率是多少? (
12、2)在多道程序环境下，CPU 的利用率是多少?（分数：2.00）_25.何谓死锁?产生死锁的原因和必要条件是什么?在解决死锁问题的几个方法中，哪种方法最容易实现?哪种方法使资源的利用率最高?（分数：2.00）_26.简述预防死锁的办法。（分数：2.00）_27.为使用户进程互斥地进入临界区，可以把整个临界区实现成不可中断的过程，即用户有屏蔽所有中断的能力。每当用户程序进入临界区的时候，屏蔽所有中断；当出了临界区的时候，再开放所有中断。你认为这种方法有什么缺点?（分数：2.00）_28.有三个进程 PA、PB 和 PC 合作解决文件打印问题：PA 将文件记录从磁盘读入主存的缓冲区 1，每执行一次
13、读一个记录；PB 将缓冲区 1 的内容复制到缓冲区 2，每执行一次复制一个记录；PC 将缓冲区 2 的内容打印出来，每执行一次打印一个记录。缓冲区的大小等于一个记录的大小。请用 P、V 操作来保证文件的正确打印。（分数：2.00）_29.在一间酒吧里有 3 个音乐爱好者队列，第 1 队的音乐爱好者只有随身听，第 2 队只有音乐磁带，第 3队只有电池。而要听音乐就必须随身听、音乐磁带和电池这 3 种物品俱全。酒吧老板一次出售这 3 种物品中的任意两种。当一名音乐爱好者得到这 3 种物品并听完一首乐曲后，酒吧老板才能再一次出售这 3 种物品中的任意两种。于是第 2 名音乐爱好者得到这 3 种物品，
14、并开始听乐曲。全部买卖就这样进行下去。试用 P、V 操作正确解决这一买卖。（分数：3.00）_30.兄弟俩共同使用一个账号，每次限存或取 10 元，存钱与取钱的进程分别如下所示： int amount=0; SAVE() TAKE() int m1; int m2; m1=amount; m2=amount; m2=m2-10; amount=m2; m1=m1+10; amount=m1; 由于兄弟俩可能同时存钱和取钱，因此两个进程是并发的。若哥哥先存了两次钱，但在第三次存钱时弟弟在取钱。请问： (1)最后账号 amount 上面可能出现的值是多少? (2)如何用 P、V 操作实现两并发进程
15、的互斥执行?（分数：3.00）_31.某系统有 R1、R2 和 R3 三种资源，在 T0时刻 P1、P2、P3 和 P4 四个进程对资源的占用和需求情况如下表所示，此时系统的可用资源向量为(2，1，2)。 最大资源需求量 已分配资源数量进程R1 R2 R3 R1 R2 R3P1 3 2 2 1 0 0P2 6 1 3 4 1 1P3 3 1 4 2 1 1P4 4 2 2 0 0 2试问： (1)系统是否处于安全状态?如安全，请给出一个安全序列。 (2)如果此时 P1 和 P2 均发出资源请求向量 Request(1，0，1)，为了保证系统的安全性，应该如何分配资源给这两个进程?说明你所采用的
16、策略的原因。 (3)如果(2)中两个请求立即得到满足，系统此刻是否处于死锁状态?（分数：3.00）_32.系统有 5 个进程，其就绪时刻(指在该时刻已进入就绪队列)、服务时间如下表所示。分别计算采用先来先服务、短作业优先、高响应比优先的平均周转时间和带权周转时间。 进程 就绪时刻 服务时间P1 0 3P2 2 6P3 4 4P4 6 5P5 8 2（分数：3.00）_33.有一阅览室，读者进入时必须先在一张登记表上登记，该表为每一座位列出一个表目，包括座号、姓名，读者离开时要注销登记信息；假如阅览室共有 100 个座位。试分别用信号量和 P、V 操作以及管程来实现用户进程的同步算法。（分数：3
17、.00）_34.设有 n 个进程共享一个互斥段，如果：(1)每次只允许一个进程进入互斥段；(2)每次最多允许 m 个进程(mn)同时进入互斥段。试问：所采用的信号量初值是否相同?信号量值的变化范围如何?（分数：3.00）_35.设某系统采用可抢占的优先级进程调度算法，系统在某一段时间内有 A、B、C 三个进程，进程 C 优先级最高，进程 A 优先级最低，进程 B 优先级介于进程 A、C 之间，它们的就绪时刻、计算与 I/O 所需时间如下表所示： 进程 进程就绪时刻/ms 计算时间/ms I/O 操作时间/ms 计算时间/msABC010151525310152051010(1)若系统采用多道方
18、式运行，给出这三个进程运行完成总共所需的时间，并用图示给出三个进程的实际运行过程(忽略进行系统调度所需时间)。 (2)采用多道方式运行比采用单道方式运行可节省多少时间?（分数：3.00）_36.某系统中进程有如下的状态变化图： （分数：3.00）_37.中断分为哪几种类型?请给出各自的含义。（分数：3.00）_38.引起进程切换的时机有哪些?（分数：3.00）_39.时间片轮转调度算法中，时间片值的选取对系统有什么影响?（分数：3.00）_40.什么是抢占式优先级调度和非抢占式优先级调度?（分数：3.00）_41.设有三个进程 A、B、C，进程 A 和进程 B 各需要运行 3ms 的处理器时间
19、，而进程 C 却要 24ms 的处理器时间，分别考虑当三个进程到达顺序为 A，B，C 时及 C，B，A 时，用先来先服务进行调度时各自的平均等待时间。（分数：3.00）_计算机学科专业基础综合计算机操作系统-4 答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、B综合应用题/B(总题数：41，分数：100.00)1.试比较单道与多道批处理系统的特点及优缺点。（分数：3.00）_正确答案：(1)单道批处理系统是最早出现的一种操作系统，它具有自动性、顺序性和单道性的特点。多道批处理系统则具有调度性、无序性和多道性的特点。 (2)单道批处理系统是在解决人机矛盾及 CPU 和I/O 设备之间速度
20、不匹配的矛盾中形成的，旨在提高系统资源利用率和系统吞吐量，但是仍然不能很好地利用系统资源。多道批处理系统是对单道批处理系统的改进，其主要优点是资源利用率高，系统吞吐量大；缺点是平均周转时间长，无交互能力。)解析：2.试比较脱机 I/O 和联机 I/O。（分数：3.00）_正确答案：(1)脱机输入/输出方式是为了解决人机矛盾及 CPU 和 I/O 设备之间速度不匹配而提出的。它减少了 CPU 的空闲等待时间，提高了 I/O 速度，具体内容是将用户程序和数据在一台外围机的控制下，预先从低速输入设备输入到磁带上，当 CPU 需要这些程序和数据时再直接从磁带机高速输入到内存，从而大大加快了程序的输入过
21、程，减少了 CPU 等待输入的时间，这就是脱机输入技术；当程序运行完毕或告一段落，CPU 需要输出时，无须直接把计算结果送至低速输出设备，而是把结果高速地输出到磁带上，然后在外围机的控制下，把磁带上的计算结果由相应的输出设备输出，这就是脱机输出技术。 (2)若这种输入/输出操作在主机控制下进行则称为联机输入/输出方式。)解析：3.试在交互性、及时性和可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较。（分数：3.00）_正确答案：(1)分时系统是一种通用系统，主要用于运行终端用户程序，因而它具有较强的交互能力；而实时系统虽然也有交互能力，但其交互能力不及前者。 (2)实时信息系统对实时性的要求与分时系统
22、类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性则是以控制对象所要求的开始截止时间和完成截止时间来确定的。 (3)实时系统对系统的可靠性要求要比分时系统对系统的可靠性要求高。)解析：4.说明实时任务的类型和实时系统的类型。（分数：3.00）_正确答案：(1)实时任务的类型按任务执行时是否呈现周期性来划分，分为周期性实时任务和非周期性实时任务；根据对截止时间的要求来划分，分为硬实时任务和软实时任务。 (2)通常把要求进行实时控制的系统统称为实时控制系统，把要求对信息进行实时处理的系统称为实时信息处理系统。)解析：5.处理机管理具有哪些功能?它们的主要任务是什么?（分数：3.00）_
23、正确答案：(1)进程控制、进程同步、进程通信和调度。 (2)进程控制的主要任务是为作业创建进程、撤销已结束的进程以及控制进程在运行过程中的状态转换。 进程同步的主要任务是对诸进程的运行进行调节。 进程通信的任务是实现在相互合作进程之间的信息交换。 调度分为作业调度和进程调度，作业调度的基本任务是从预备队列中按照一定的算法，选择若干个作业，为它们分配必要的资源；而进程调度的任务是从进程的就绪队列中按照一定的算法选出一新进程，把处理机分配给它，并为它设置运行现场，使进程投入运行。)解析：6.操作系统有哪两种服务方式?它们是如何实现服务的?（分数：2.00）_正确答案：(1)系统调用：系统调用本身是
24、一个由若干条指令构成的过程。 (2)系统程序：现代计算机系统往往都有一个系统程序包，它包含了系统提供的大量程序，用于解决带有共性的问题，并为程序的开发和执行提供了一个方便的环境。)解析：7.操作系统必须具备的功能有哪些?（分数：2.00）_正确答案：(1)用户接口：操作系统与用户的接口也简称为用户接口。 (2)处理机管理：处理机管理的主要任务是对处理机的分配和运行实施有效管理。 (3)存储管理：存储管理的主要任务包括为多道程序的并发运行提供良好环境，为用户使用存储器提供方便，提高存储器的利用率，为尽量多的用户提供足够大的存储空间。 (4)设备管理：设备管理的主要任务有：为用户分配 I/O 设备
25、，完成用户程序请求的 I/O 操作，提高 CPU 和输入/输出设备的利用率，改善人机界面。 (5)文件管理：现代计算机系统的外部存储器中，都以文件形式存放着大量的信息。操作系统必须配置相应的文件管理机构来管理这些信息。)解析：8.为什么说操作系统是由中断驱动的?（分数：2.00）_正确答案：(1)所有并发程序都是由中断(特别是时钟中断)驱动的，故操作系统中属于这一类的程序也是由中断驱动的。 (2)第二类是直接面对用户态“被动”地为用户服务的程序。系统初启后，这类程序一般是不运行的，仅当用户态程序执行了相应的系统调用时它才被调用、执行。而正如上面所说，系统调用指令的执行是经中断(自陷)机构处理的
26、。因此，在这种意义上，操作系统中的这一类程序也是由中断驱动的。(3)第三类是那些既不主动运行，也不直接面对用户态的程序。它们是隐藏在操作系统内部，由前两类程序所调用的程序。既然前两类程序都是由中断驱动的，则此类程序当然也应该是由中断驱动的。)解析：9.简述判断死锁的必要条件。（分数：2.00）_正确答案：(1)互斥条件。进程竞争的资源必须互斥使用。 (2)请求与保持条件。当前已拥有资源的进程，仍能申请新的资源，而当该进程因为新的资源被其他进程占据而被阻塞时，它仍保持自己的资源不释放。 (3)不可剥夺条件。进程申请的资源只能在使用完毕时自行释放。 (4)循环等待条件。存在一个至少包含两个进程的循
27、环等待链，链中的每个进程都在等待下一个进程所占有的资源。)解析：10.假定系统有三个并发进程 read、move 和 print 共享缓冲器 B1 和 B2。进程 read 负责从输入设备上读信息，每读出一条记录后把它存放到缓冲器 B1 中。进程 move 从缓冲器 B1 中取出一条记录，加工后存入缓冲器 B2。进程 print 将 B2 中的记录取出打印输出。缓冲器 B1 和 B2 每次只能存放一条记录。要求三个进程协调完成任务，使打印出来的与读入的记录的条数，次序完全一样。请用 wait 和 signal 原语写出它们的并发程序。（分数：2.00）_正确答案：(begin SR,SM1,S
28、M2,SP:semaphore; B1,B2:record; SR:=1;SMl:=0;SM2:=1;SP:=0; cobegin process read X:record; begin R: (接收来自输入设备上一条记录) X:=接收的一条记录; wait(SR); B1:=X; signal(SMl); goto R; end; Process move Y:record; begin M:wait(SMl); Y:=B1; Signal(SR) 加工 Y wait(SM2); B2:=Y; signal(SP); goto M; end; Process print Z:record;
29、 begin P:wait(SP); Z:=B2; signal(SM2) 打印 Z goto P; end; coend; end;)解析：11.举例说明，P、V 操作为什么要求设计成原语(即对同一信号量上的操作必须互斥)。 P(S)操作： S.value-; if(S.value0) Add this process to S.L; Block(); V(s)操作： S.value+; if(S.value=0) Remove a process P from S.L; Wakeup(P); （分数：2.00）_正确答案：(例如，用 P、V 操作来实现进程对临界资源互斥使用。此时，只需定义
30、一个信号量 S，其初值1,NuLL，并在临界区前执行 P(S)操作，而在临界区后执行 V(S)操作。此时 P、V 操作不设计成原语，那么在执行 P、V 操作时进程可以被中断。由于在初始状态下临界资源空闲，故应允许第一个申请临界资源的进程进入临界区使用临界资源，但如果该进程在执行到 P 操作的语句 S.value-后(此时 S.value 的值为 0)便被另一个进程中断，而那个进程也企图通过执行 P(S)操作进入临界区，则第二个进程也必须执行语句 S.value-，从而将 S.value 的值为-1，并由于 S.value0 而被阻塞，而第一个进程再次获得 CPU后也同样由于 S.value0
31、而被阻塞，这就造成了临界资源虽然空闲但进程却申请不到临界资源的情况，也就是说，此时的 P、V 操作已无法满足同步机制的要求。同样，一个执行 P(S)操作的进程被中断后另一进程去执行 V(S)操作，一个执行 V(S)操作的进程被中断后而另一个进程去执行 P(S)或 V(S)操作，都将发生混乱而难以实现进程同步。因此，P、V 操作必须设计成原语的方式。)解析：12.并发使得处理机的利用率得到提高，其主要原因是处理机与 I/O 可以同时为多个进程服务，也即处理机与 I/O 设备真正地并行。但是处理机的利用率提高并不是简单地将两个进程的处理机利用率相加，而是遵循一定的规律。现在有一个计算机系统采用多道
32、程序技术实现了并发，调度算法采用时间片轮转，时间片很小可以不计进程并发时的次序。忽略计算机系统的开销。 假设进程创建时间和完全占有 CPU 运行的确切时间如下表所示。已知其 I/O 繁忙率为 80%，处理机的利用率为 20%。 进程 创建时间 CPU 运行时间/min0 10:00 41 10:10 32 10:15 23 10:20 2请计算并填写下列空格和图表空格处。 系统中进程的数量 1 2 3 4I/O 繁忙率CPU 利用率每个进程的 CPU 利用率*（分数：2.00）_正确答案：(本题考查的是并发进程之间的计算。计算机引入多道程序设计技术主要是为提高处理机的利用率。在多道程序并发的情
33、况下，处理机的利用率呈现出如下的规律：U=1-Pn其中，U 为处理机利用率，P 为 I/O 繁忙率，n 为并发进程数。据此，对题目给定的数据进行计算，并将结果填入表格中。当 1 个进程运行时，处理机利用率为 20%，这个进程独享该处理机，所以 20%的利用率均被使用。在时刻10:00 到 10:10 期间，进程 0 独享处理机。这期间，进程 0 实际的处理机时间为 10 分钟20%=2 分钟。当 2 个进程运行时，根据公式计算得到处理机利用率为 36%，2 个进程共享处理机，所以每个进程的处理机的利用率为 18%。在时刻 10:10 到 10:15 期间，进程 0 和 1 共享处理机。这期间，
34、进程 0 和 1 各自实际的处理机时间为 536%2=0.9 分钟。当 3 个进程运行时，根据公式计算得到处理机利用率为 49%，3 个进程共享处理机，所以每个进程的处理机的利用率为 16%。在时刻 10:15 到 10:20 期间，进程 0、1 和 2 共享处理机。这期间，进程 0、1 和 2 各自实际的处理机时间为 549%3=0.8 分钟。当 4 个进程运行时，根据公式计算得到处理机利用率为 59%，4 个进程共享处理机，所以每个进程的处理机的利用率为 15%。从时刻 10:20 开始，4 个进程并发。那么，从图中可以看到，进程 0 已经运行了 3.7 分钟，进程 1 运行了1.7 分钟，进程 2 运行了 0
