西南科技大学计算机操作系统概念.doc
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1、第一章一思考题3.什么是操作系统?操作系统在计算机系统中的主要作用是什么?P11操作系统:管理系统资源,控制程序执行,改善人机界面,提供各种服务,并合理组织计算机工作流程和为用户方便有效地使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。主要作用:服务用户观点操作系统作为用户接口和公共服务程序。进程交互观点操作系统作为进程执行的控制者和协调者。系统实现观点操作系统作为扩展机或虚拟机。资源管理观点操作系统作为资源的管理者和控制者15.什么是多道程序设计?多道程序设计技术有什么特点?P17多道程序设计:多道程序设计是指允许多个作业(程序)同时进入计算机系统的内存并启动交替计算的方法。特点:从宏观上看是并行
2、的,多道程序都处于运行过程中,但尚未运行结束;从微观上看是串行的,各道程序轮流占用CPU交替地执行。19.在分时系统中,什么是响应时间?它与什么因素有关?P22响应时间:从用户发出请求或指令到系统做出反应的时间。有关因素:CPU的处理速度联机终端的数目所用是时间片的长短系统调度开销对换信息量的多少23.现代操作系统具有哪些基本功能?请简单叙述之。P12处理器管理:对处理器的管理和调度最终归结为对进程和线程的管理和调度,包括进程控制和管理,线程控制和管理,确定处理器调度策略,设计处理器调度算法,做好处理器分配和回收。存储管理:存储管理的主要任务是管理内存资源,为多道程序运行提供有力支撑,提高存储
3、空间利用率,具体来说有内存分配与回收,地址转换与存储保护,内存共享与存储扩充等。设备管理:设备管理的除妖任务是管理各种外部设备,完成用户提出的I/O请求;加快数据传输速度,发挥设备的并行性,提高设备的利用率;提供设备驱动程序和中断处理请求。文件管理:文件库案例的主要任务有提供文件逻辑组织方法,提供文件物理组织方法,提供文件存取和使用方法,实现文件目录管理,实现文件共享和安全性控制,实现文件存储空间管理等。联网与通信管理:操作系统至少应具有以下与网络有关的功能:网络资源管理数据通信管理应用服务网络管理二应用题在某个计算机系统中,有一台输入机和一台打印机,现有两道程序投入运行,程序A先开始运行,程
4、序B后开始运行。A的运行轨迹为:计算50ms、打印100ms、再计算50ms、打印100ms,结束。B的运行轨迹为:计算50ms、输入80ms、再计算100ms,结束。试说明:(1)两道程序运行时,CPU是否空闲等待?若是,在那段时间段等待?(2)程序A、B是否有等待CPU的情况?若有,指出发生等待的时刻。处理器输入机打印机程序A程序BA计算B计算计算计算时间(ms)0 50 100 150 180 200 250 300打印计算打印输入计算A打印A打印B输入A计算B计算一画出两道程序并发执行图如下:(1)两道程序运行期间,CPU存在空闲等待,时间为100至150ms之间(见图中有色部分)。(
5、2)程序A无等待现象,但程序B有等待。程序B有等待时间段为180ms至200ms间(见图中有色部分)。5.在单CPU和两台I/O设备(I1、I2)的多道程序设计环境下,同时投入3个作业Job1、Job2、Job3运行。这3个作业对CPU和输入/输出设备的使用顺序和时间如下:Job1:I2(30ms);CPU(10ms);I1(30ms);CPU(10ms);I2(20ms)。Job2:I1(20ms);CPU(20ms);12(40ms)。Job3:CPU(30ms);I1(20ms);CPU(10ms);I1(10ms)。很定CPU和I/O设备之间、两台I/O设备之间都能并行工作,Job1优
6、先级最高,Job2次之,Job3优先级最低,优先级高的作业可以抢占优先级低的作业的CPU。试求:(1)3个作业从投入到完成分别需要的时间。(2)CPU的利用率。(3)I/O设备的利用率。画出三个作业并行工作图如下(图中着色部分为作业等待时间):CPUI1I2Job1Job2Job3时间(ms)CPU CPU0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 I1 I1CPUCPU I2 I2CPU I1CPU Job1 Job2 Job3Job2Job1Job2Job3Job1 Job2 Job1Job3(1)Job1从投入到运行完成需80ms,Job2从投入到运行完成需90ms,Job
7、3从投入到运行完成需90ms。(2)CPU空闲时间段为:60ms至70ms,80ms至90ms。所以CPU利用率为(90-20)/90=77.78%。(3)设备I1空闲时间段为:20ms至40ms,故I1的利用率为(90-20)/90=77.78%。设备I2空闲时间段为:30ms至50ms,故I2的利用率为(90-20)/90=77.78%。第二章一 思考题18. 什么是进程?计算机操作系统中为什么要引入进程?P71.72进程时具有独立功能的程序在某个数据集合上的一次运行活动,也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。为什么引入进程:刻画程序的并发性解决资源的共享性20. 进程最基本的状态有哪
8、些?那些事件可能引起不同状态间的转换?P7426. 何谓进程控制块(PCB)?它包含哪些基本信息?P75PCB:它是进程存在的唯一标示,是操作系统用来记录和刻画进程 状态及环境信息的数据结构,是进程动态特征的汇集,也是操作系统掌握进程的唯一资料结构和管理进程的主要依据。基本信息:标识信息:标识信息用于唯一地标识一个进程,分为用户使用的外部标识符合系统使用的内部标识号。现场信息:现场信息用于保存进程在运行时存放在处理器现场中的各种信息。控制信息:控制信息用于管理和调度进程。38.试从调度,并发性,拥有资源和系统开销等4个方面对传统进程和多线程进程进行比较。调度性:在传统的操作系统中,拥有资源的基
9、本单位和独立调度、分派的基本单位都是进程,在引入线程的OS中,则把线程作为调度和分派的基本单位,而把进程作为资源拥有的基本单位;并发性:在引入线程的OS中,不仅进程之间可以并发执行,而且在一个进程中的多个线程之间,亦可并发执行,因而使OS具有更好的并发性;、拥有资源:无论是传统的操作系统,还是引入了线程的操作系统,进程始终是拥有资源的一个基本单位,而线程除了拥有一点在运行时必不可少的资源外,本身基本不拥有系统资源,但它可以访问其隶属进程的资源;系统开销:由于创建或撤销进程时,系统都要为之分配和回收资源,如内存空间等,进程切换时所要保存和设置的现场信息也要明显地多于线程,因此,操作系统在创建、撤
10、消和切换进程时所付出的开销将显著地大于线程。48. 处理器调度分为哪几种类型?简述各类调度的主要任务。P941. 高级调度2.中级调度3.低级调度 详细 书94页二 应用题5. 若在后备作业队列中等待运行的同时有三个作业1、2、3,已知它们各自的运行时间为a、b、c,且满足关系abc,试证明采用短作业优先调度算法能获得最小平均周转时间采用短作业优先算法调度时,三个作业的总周转时间为: T1=a+(a+b)+(a+b+c)=3a+2b+c 若不按短作业优先算法调度,不失一般性,设调度次序为:J2、J1、J3。则三个作业的总周转时间为:T2=b+(b+a)+(b+a+c)=3b+2a+c 令-式得
11、到: T2-T1=b-a0可见,采用短作业优先算法调度才能获得最小平均作业周转时间。12.有5个批处理作业A到E均已到达计算中心,其运行时间分别为10,6,2,4和8分钟;各自的优先级分别规定为3,5,2,1和4,这里5为最高级.若不考虑系统切换开销,计算出平均作业周转时间.(1)按FCFS(按A,B,C,D,E);(2)优先级调度算法,(3)时间片轮转法.(1) FCFS调度算法执行次序 执行时间 等待时间 周转时间 带权周转时间 A 10 0 10 1 B 6 10 16 2.66 C 2 16 18 9 D 4 18 22 5.5 E 8 22 30 3.75作业平均周转时间 T=(10
12、+16+18+22+30)/5=19.2作业平均带权周转时间 W=(1+2.66+9+5.5+3.75)/5=4.38(2)优先级调度算法执行次序 执行时间 等待时间 周转时间 带权周转时间 B 6 0 6 1 E 8 6 14 1.75 A 10 14 24 2.4 C 2 24 26 13 D 4 26 30 7.5作业平均周转时间 T=(6+14+24+26+30)/5=20作业平均带权周转时间 W=(1+1.75+2.4+13+7.5)/5=5.13(3)时间片轮转法(每个作业获得相同的2分钟长的时间片)按次序A B C D E A B D E A B E A E A轮转执行。 作业
13、执行时间 等待时间 周转时间 带权周转时间 A 10 20 30 3 B 6 16 22 3.66 C 2 4 6 3 D 4 12 16 4 E 8 20 28 3.5作业平均周转时间 T=(30+22+6+16+28)/5=20.4作业平均带权周转时间 W=(3+3.66+3+4+3.5)/5=3.4316. 若有4个作业进入系统,其提交时刻和估计运行时间为作业提交时刻估计运行时间/min18:0012028:505039:001049:5020分别计算在FCFS,SJF和HRRF算法下的品均周转时间和平均带权周转时间。答: FCFS SJF HRRF作业 开始 完成 周转 开始 完成 周
14、转 开始 完成 周转时间 时间 时间 时间 时间 时间 时间 时间 时间1 8.00 10:00 2.00 8:00 10.00 120 8:00 10.00 1202 10.00 10:50 2.00 10:30 11.20 150 10:10 11.00 1303 10.50 11:00 2.00 10:00 10:10 70 10:00 10:10 704 11.00 11:20 1.5 10:10 10:30 40 11:00 11.20 90平均周 T=112.5分 T=95分 T=102.5分转时间=带权平均 W=4.975 W=3.25 W=3.775周转时间=20.有一个4道作
15、业的操作系统,若在一段时间内先后到达6个作业,其提交时刻和估计运行时间为作业提交时刻估计运行时间/min18:006028:203538:252048:302558:35568:4010系统采用剩余SJF调度算法,作业被调度进入系统后中途不会退出,但作业运行时可被剩余时间更短的作业所抢占。(1) 分别给出6个作业的执行时间序列,即开始执行时间,作业完成时间,作业周转时间。(2) 计算平均作业周转时间。执行次序提交时间执行时间开始时间完成时间周转时间J1J5J6J3J4J28:008:358:408:258:308:20605102025358:009:009:059:159:3510:009:
16、009:059:159:3510:0010:356030357090135 作业平均周转时间:T=(60+30+35+70+90+135)/6=70注意,J1被调度运行后,直到它执行结束,才会引出作业调度程序工作。所以,J2至J6虽在J1执行期间进入,但未被调度,均在等待。当J1撤离后,作业调度程序工作,按SJF算法,显然有执行次序:J5、J6、J3、J4、和J2。25. 有一个具有两道作业的批处理系统,作业调度采用短作业优先调度算法,进程调度采用以优先数为基础的抢占式调度算法。在下表所示的作业序列中,作业优先数即为进程优先数,优先数越小则优先级越高。作业名到达时刻估计运行时间/min优先数A
17、10:00405B10:20303C10:30504D10:50206(1) 列出所有作业进入内存的时刻及结束时刻。(2) 计算作业的平均周转时间。每个作业运行将经过两个阶段:作业调度(SJF算法)和进程调度(优先数抢占式)。另外,批处理最多容纳2道作业,更多的作业将在后备队列等待。进程就绪队列作业后备队列时间(分钟) 10:00 10:20 10:30 10:50 11:10 12:00 12:20A B A C DA D D C CPU(1) 10:00,作业A到达并投入运行。(2) 10:20,作业B到达且优先权高于作业A,故作业B投入运行而作业A在就绪队列等待。(3) 10:30,作业
18、C到达,因内存中已有两道作业,故作业C进入作业后备队列等待。(4) 10:50,作业B运行结束,作业D到达,按SJF短作业优先算法,作业D被装入内存进入就绪队列。而由于作业A的优先级高于作业D,故作业A投入运行。(5) 11:10,作业A运行结束,作业C被调入内存,且作业C的优先级高于作业D,故作业C投入运行。(6) 12:00,作业C运行结束,作业D投入运行。(7) 12:20,作业D运行结束。作业 进入内存时间 运行结束时间 A 10:00 11:10 B 10:20 10;50 C 11:10 12:00 D 10:50 12:20各作业周转时间为:作业A 70,作业B 30,作业C 9
19、0,作业D 90。平均作业周转时间为70分钟。28. 某多道程序系统采用可变分区存储管理,供用户使用的内存空间为200KB,磁带机5台。采用今天方式分配外部设备,且不能移动内存中的作业,进程调度采用FCFS算法,忽略用户作业I/O操作时间。现有作业序列如下:作业号进入输入井时刻运行时间/min内存需求量/kb磁带机需求/台A8:3040303B8:50251201C9:00351002D9:0520203E9:1010601现求:(1)FCFS算法选中作业执行的次序及作业平均周转时间;(2)SJF算法选中作业执行的次序及作业平均周转时间。(1) FIFO算法选中作业执行的次序为:A、B、D、C
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