操作系统习题.doc

1. 操作系统和用户程序之间是相互调用的一种复杂的动态关系，操作系统通过虚拟机界面为用户程序提供某种服务，用户程序在运行的过程中不断使用操作系统提供的服务来完成自己的操作，主程序可以使操作系统或用户程序，子程序可以使用用户程序或操作系统。

问题2：有人说设备管理软件（设备驱动程序）因为经常由第三方提供，因此不应该作为操作系统的一部分。你对此有何看法？你认为应该如何判断一个软件是否属于操作系统？
2. 我认为设备管理软件不应作为操作系统的一部分。因为由第三方提供，所以安全性得不到保证，而且不同的提供方提供的软件之间存在差异，兼容性上存在问题，或许软件不能在系统中运行。判断一个软件是否属于操作系统，就要看它是否满足操作系统的功能，而且要看它安全性、健壮性能是否好。
问题3：常常听人说，操作系统是人造学科，根据是什么呢？人造学科有何特点？人造学科的观点对你学习操作系统这门课程有何启示？
3. 一类是本来就存在于自然中，人类所做的只不过是发现；另一类是本来并不存在，人类所做的是发明。前者称为神造事物或者自然存在的事物，后者当然就是人造事物。从这个思维模式上看，计算机毫无疑问就是人造事物。这正是我们所需要的答案，即计算机的根本特征是“人造”。
人造学科的四个特点：
1.不精确、具有相对性。
2.从对人类活动的观察导出。
3.依赖于人的主观判断力。
4. 通常符合人的直觉。
问题4：假定我们有4个程序，每个程序花费80%的时间执行I/O，20%的时间使用CPU。每个程序的启动时间和其需要使用CPU进行计算的分钟数如下表所示。试计算4个程序执行完成所需要的时间（响应时间）分别是多少？系统的平均响应时间是多少？与单道执行环境相比，系统平均响应时间节约了多少分钟？并分析每个程序以80%（I/O）和20%（CPU）的资源占有情况进行运行，在不考虑内存容量的情况下，当程序道数为多少的时候CPU的利用率是最高的？并总结在多道程序设计环境下CPU利用率的计算公式。
程序编号
启动时间
需CPU时间（分钟）
1
00:00
4
2
00:10
3
3
00:15
2
4
00:20
2

从0点0分到0点10分，系统里只有1个程序，所以属于单道编程状态。单道编程时CPU的利用率为20%，因此第1个程序在该10分钟里总共使用了CPU达2分钟(其他8分钟都用来进行I/O了)。0点10分到0点15分，系统里面有两个程序，因此属于2道编程。2道编程时CPU利用率为36%，则在5分钟时间内，CPU使用了1.8分钟。假定这两个程序完全平等，则每个程序使用CPU的时间是0.9分钟。至此，程序1总共运行了2.9分钟CPU时间，程序2运行了0.9分钟CPU时间。
从0点15分到0点20分，系统里面有3个程序，属于3道编程状态。3道编程时CPU的利用率为48.8%，则在这5分钟时间内，CPU被占用了大约2.4分钟(其他2.6分钟都用来I/0了)。同样，假定所有程序完全平等，则每个程序使用CPU的时间为0.8分钟。至此，程序1总共运行了3.7分钟CPU时间，程序2运行了1.7分钟CPU时间，程序3运行了0.8分钟CPU时间。此时，程序1离结束所需要的CPU时间最短，仅为0.3分钟。
从0点20分开始，系统里面有4份额程序，属于4道编程。我们知道4道编程时CPU利用率为59%而如果程序1想再运行0.3分钟CPU时间，则整个系统需运行时间约为2分钟（2分钟时间内CPU共被使用1.2分钟，平均每个程序使用CPU时间为0.3分钟）因此在0点22分时，第一个程序执行完毕，系统变为3道编程。
此时，程序1结束，程序2总共运行了2分钟CPU时间，程序3运行了1.1分钟CPU时间程序4运行了0.3分钟CPU时间。此时，程序3离所需的CPU时间最短，为0.9分钟。那么系统需要运行多长时间才能使程序3获得0.9分钟的CPU时间呢？答案是5.6分钟。因为3道编程的CPU利用率大约为48%，而5.6分钟内CPU的时间约是2.7分钟。三个程序平分，每个程序运行了0.9分钟CPU时间。因此，到0点27.6分钟，系统里只剩下两个程序。而在1.6分钟后，即0点28.2分钟时，程序2将结束运行，剩下程序4一个程序。该程序则在0点31.7分钟时结束运行。整个事件发生顺序，

多道编程比起单道编程，系统平时响应时间缩短了11.375分钟，响应时间减少了41.37%。多道编程带来的好处到底有多少和每个程序的性质、多道编程的度数、进程切换消耗等有关。但一般说来，只要度数适当，多道编程总是利大于弊

响应时间是 程序1：22分钟 程序2：18.2分钟 程序3：12.6分钟 程序4：11.7分钟
系统平均响应时间为16.125分钟
与单道执行环境相比，系统平均响应时间节约了11.375分钟
当程序道数为4道编程时CPU利用率最高，此时为59%

设n为多道编程的道数，P为I/O的利用率，当I/O利用为80%时，有CPU利用率：
当n=1，CPU利用率为 1-80%=20%
当n=2, CPU利用率为 1-(80%*80%)=36%
当n=3, CPU利用率为 1-(80%*80%*80%)=48.8%
当n=4, CPU利用率为 1-(80%*80%*80%*80%)=59%。

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