2022年5-第1章应用题参考答案 .pdf

操作系统教程 （第 5 版） ch1 应用题参考答案1 第 1 章应用题参考答案1.有一台计算机，具有1MB 内存，操作系统占用200KB，每个用户进程各占200KB。如果用户进程等待I/O 的时间为 80%，若增加 1MB 内存，则 CPU 的利用率提高了多少？答：设每个进程等待I/O 的百分比为P，则 n 个进程同时等待I/O 的概率是 Pn ，当 n个进程同时等待I/O 期间 CPU 是空闲的，故CPU 的利用率为1-Pn 。由题意可知，除去操作系统，内存还能容纳4个用户进程，由于每个用户进程等待I/O 的时间为 80%，故：CPU 利用率 =1-(80%)4 =0.59 若再增加 1MB 内存，系统中可同时运行9 个用户进程，此时：CPU 利用率 =1-(80%)9 =0.87 故增加 1MB 内存使 CPU 的利用率提高了47%，即：87%59%=147% 147%-100%=47% 2.在某个计算机系统，有一台输入机和一台打印机，现有两道程序投入运行，且程序A 先开始做，程序B 后开始运行。程序A 的运行轨迹为：计算50ms、打印 100ms、再计算 50ms、打印 100ms，结束。程序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 有无空闲等待？若有，在哪段时间内等待？为什么会等待？(2)程序 A、B 有无等待 CPU 的情况？若有，指出发生等待的时刻。答：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 (见图中兰色部分 )。（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0ms至 50ms，180ms至 200ms间(见图中红色部分 )。处理器输入机打印机程序 A 程序 B A 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 计算名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 操作系统教程 （第 5 版） ch1 应用题参考答案2 3.设有三道程序，按A、B、C 优先次序运行，其内部计算和I/O 操作时间由表给出。A B C C1130ms C21=60ms C31=20ms I1240ms I22=30ms I32=40ms C1310ms C23=10ms C33=20ms 试画出按多道运行的时间关系图（忽略调度执行时间）。完成三道程序共花多少时间？比单道运行节省了多少时间？若处理器调度程序每次进行程序转换化时1ms，试画出各程序状态转换的时间关系图。答：（1）忽略调度执行时间，多道运行方式（抢占式）：时间0 3 7 8 10 12 13 14 17 19 单位 10 ms I/O I12 I22 I32 CPU C11 C21 C13 C21 C31 C23 C33 抢占式共用去190ms，单道完成需要260ms，节省 70ms。忽略调度执行时间，多道运行方式（非抢占式）：时间0 3 7 9 10 12 13 14 16 18 单位 10 ms I/O I12 I22 I32 CPU C11 C21 C13 C31 C23 C33 非抢占式共用去180ms，单道完成需要260ms，节省 80ms。（2）调度执行时间1ms，多道运行方式（抢占式）：时间0 303132 717273 8384 105107 127 136 138 148 178 199 单位 1ms I/O I12 I22 I32 CPU C11 C21 C13 C21 C31 C23 C33 OS （3）调度执行时间1ms，多道运行方式（非抢占式）：时间0 303132 7172 939495 105106 124125127129 139 168169 189 单位 1ms I/O I12 I22 I32 CPU C11 C21 C21 C13 C31 C31 C23 C33 OS 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 操作系统教程 （第 5 版） ch1 应用题参考答案3 4.在单 CPU 和两台 I/O(I1,I2) 设备的多道程序设计环境下，同时投入三个作业运行。它们的执行轨迹如下：Job1：I2(30ms)、CPU(10ms)、I1(30ms)、CPU(10ms)、I2(20ms) Job2：I1(20ms)、CPU(20ms)、I2(40ms)Job3：CPU(30ms)、I1(20ms)、CPU(10ms)、I1(10ms) 如果 CPU、I1 和 I2 都能并行工作，优先级从高到低为Job1、Job2 和 Job3，优先级高的作业可以抢占优先级低的作业的CPU，但不抢占I1 和 I2。试求：(1)每个作业从投入到完成分别所需的时间。(2)从投入到完成CPU 的利用率。(3)I/O 设备利用率。答： 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)：(1) Job1 从投入到运行完成需110ms，Job2 从投入到运行完成需90ms，Job3 从投入到运行完成需110ms。(2) CPU 空闲时间段为： 60ms 至 70ms，80ms至 90ms，100ms至 110ms。所以 CPU 利用率为 (110-30)/110=72.7%。(3) 设备I1 空闲时间段为：20ms 至 40ms， 90ms 至 100ms，故I1 的利用率为(110-30)/110=72.7%。设备I2 空闲时间段为：30ms 至 50ms，故I2 的利用率为(110-20)/110=81.8%。5.在单 CPU 和两台 I/O(I1,I2) 设备的多道程序设计环境下，同时投入三个作业运行。它们的执行轨迹如下：Job1：I2(30ms)、CPU(10ms)、I1(30ms)、CPU(10ms) Job2：I1(20ms)、CPU(20ms)、I2(40ms)Job3：CPU(30ms)、I1(20ms) 如果 CPU、I1 和 I2 都能并行工作，优先级从高到低为Job1、Job2 和 Job3，优先级高的作业可以抢占优先级低的作业的CPU。试求：(1)每个作业从投入到完成分别所需的时间。(2) 每个作业投入到完成CPU 的利用率。(3)I/O 设备利用率。CPU I1I2Job1Job2Job3时间(ms)CPU CPU 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 CPU I1 I1 I1 CPU CPU I2 I2 CPU I1 CPU I2 Job1 Job2 Job3 Job2 Job1 Job2 Job3 Job1 Job3 Job2 Job1 Job1 Job3 Job3 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 操作系统教程 （第 5 版） ch1 应用题参考答案4 答： 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)：(1) Job1 从投入到运行完成需80ms，Job2 从投入到运行完成需90ms，Job3 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%。6. 同第 5 题的条件，每个作业的处理顺序和使用设备的时间如下：Job1：I2(20ms)、CPU(10ms)、I1(30ms)、CPU(10ms) Job2：I1(20ms)、CPU(20ms)、I2(40ms)Job3：CPU(30ms)、I1(20ms) 试求： (1)每个作业从投入到完成分别所需的时间。(2)每个作业投入到完成CPU 的利用率。(3)I/O 设备利用率。答：CPU I1I2Job1Job2Job3时间(ms)CPU CPU 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 I1 I1 CPU CPU I2 I2 CPU I1 CPU Job1 Job2 Job3 Job2 Job1 Job2 Job3 Job1 Job2 Job1 Job3 CPU I1I2Job1Job2Job3时间(ms)CPU CPU 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 I1 I1 CPU I2 I2 CPU I1 CPU Job1 Job2 Job3 Job2 Job1 Job2 Job3 Job1 Job2 Job1 Job3 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 操作系统教程 （第 5 版） ch1 应用题参考答案5 (1) Job1 从投入到运行完成需70ms，Job2 从投入到运行完成需90ms，Job3 从投入到运行完成需 80ms。(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30ms， 80ms 至90ms 故I1 的 利 用 率 为(90-20)/90=77.78% 。设备I2 空闲时间段为：20ms 至 50ms，故I2 的利用率为(90-30)/90=66.67%。7.若内存中有3道程序 A、B、C，它们按 A、B、C 优先次序运行。各程序的计算轨迹为：A：计算 (20)、I/O(30) 、计算 (10)B：计算 (40)、I/O(20) 、计算 (10) C：计算 (10)、I/O(30) 、计算 (20) 如果三道程序都使用相同设备进行I/O(即程序用串行方式使用设备，调度开销忽略不计)。试分别画出单道和多道运行的时间关系图。两种情况下，CPU 的平均利用率各为多少 ? 答：分别画出单道和多道运行的时间图(1) 单道运行时间关系图单道总运行时间为190ms。CPU 利用率为 (190-80)/190=57.9% (2) 多道运行时间关系图多道总运行时间为140ms。CPU 利用率为 (140-30)/140=78.6% 0 20 40 50 60 80 100 120 140 160 180 190 I/O CPU 时间(ms) A A A B B B C C C I/O CPU 时间(ms) A A A B C 0 20 40 50 60 80 100 120 140 B B C C B 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 操作系统教程 （第 5 版） ch1 应用题参考答案6 8. 若内存中有3 道程序 A、B、C，优先级从高到低为A、B 和 C，它们单独运行时的CPU 和 I/O 占用时间由表给出：程序运行情况 (单位 ms) 程序 A 60 I/O220 CPU 30 I/O110 CPU 40 I/O120 CPU 20 I/O1程序 B 30 I/O140 CPU 70 I/O230 CPU 30 I/O2 程序 C 40 CPU 60 I/O130 CPU 70 I/O2若 3 道程序并发执行，调度开销忽略不计，但优先级高的程序可中断优先级低的程序，优先级与 I/O 设备无关。试画出多道运行的时间关系图，并问最早与最迟结束的程序是哪个？每道程序执行到结束分别用了多少时间？计算3 个程序全部运算结束时的CPU利用率 ? 答：画出三个作业并发执行的时间图（有色处为空等时间）：(1) 最早结束的程序为B，最后结束的程序为C。(2) 程序 A 为 250ms。程序 B 为 220ms。程序 C 为 310ms。(3) CPU 利用率为 (310-120)/310=61.3% 9. 在单机系统中， 有同时到达的A， B 两个程序，若每个程序单独执行， 则需使用 CPU，DEV1（设备 1） ，DEV2（设备 2）的顺序和时间如表所示：程序运行情况 (单位 ms) A CPU DEV1CPU DEV2CPU DEV1CPU 25 39 20 20 20 30 20 B CPU DEV1CPU DEV2CPU DEV1CPU 20 50 20 20 10 20 45 给定下列条件：CPU I01I02ABC时间(ms)cpu 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 I01 cpu cpu I02 I02 cpu I01 cpu A B B A B C B C A C I01 cpu I01 A C A A cpu cpu I01 cpu cpu I02 I02 B C B C A 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 操作系统教程 （第 5 版） ch1 应用题参考答案7 （1）DEV 1和 DEV2为不同的 I/O 设备，它们能够同时工作。（2） 程序 B 的优先级高于A。 但是，当程序 A 占用 CPU 时，即使程序 B 需要使用 CPU，也不能打断程序A 的执行而应等待。（3）当使用 CPU 之后控制转向I/O 设备，或者使用设备之后控制转向CPU，由控制程序执行中断处理，但这段处理时间忽略不计。试解答下列问题：（l）哪个程序先结束？（2）程序全部执行结束需要多少时间？（3）程序全部执行完毕时，CPU 的利用率为多少？（4）程序 A 等待 CPU 的累计时间为多少？（5）程序 B 等待 CPU 的累计时间为多少？答：见运行图。o ms B 优先运行，占用CPU 20 ms，其间 A 等待；20ms B 运行结束，并开始占用DEV1 ，A 开始占用 CPU 25ms；45 ms A 占用 CPU 25ms 结束， B 继续占用 DEV1 ；70 ms B 第二次占用CPU，A 开始占用DEV1 ；90 ms B 第二次占用CPU 20ms 结束， B 第一次占用 DEV2 ；109 ms A 第一次占用DEV1 结束， A 第二次占用CPU，B 继续占用 DEV2 ；110ms B 第一次占用 DEV2 结束， B 开始空等， A 继续占用 CPU；l29 ms B 空等 CPU 19ms 结束，开始第三次占用CPU，A 第二次占用CPU 结束，A 第一次开始占用DEV2 ；139 ms B 第三次占用CPU l0ms 结束， B 第二次占用 DEV1 开始，此时 A 第一次继续占用 DEV2 ；149 ms A 第一次继续占用DEV2 结束，并开始第三次占用CPU，B 继续占用 DEV1 ；159 ms B 第二次占用DEV1 结束，开始空等CPU，此时 A 继续第三次占用CPU；169 ms A 第三次占用CPU 结束，并开始第二次占用DEV1 ，B 空等 CPU l0ms 结束，开始第四次占用CPU；199 ms A 第二次占用 DEV1 结束，时间为 30ms， 并开始空等 CPU， 此时 B 正占用 CPU；214 ms B 第四次占用CPU 结束，至此B 全部结束。而A 开始第四次占用CPU，时间为 20ms；234 ms A 占用 CPU 结束，至此 A 全部结束。根据以上分析可知，程序B 先结束。全部程序运行结束需要234ms。CPU 的利用率为： （20201045 十 25202020）2347735。程序 A 等待 CPU 的累计时间为 35 ms(0ms起等了 20ms，199ms起等了 15ms)；程序 B 等待 CPU 的累计时间为 29ms(110ms起等了 19ms，199 起等了 10ms)。10. 有两个程序， A 程序按顺序使用： (CPU)10 秒、(设备甲 )5 秒、(CPU)5 秒、(设备乙 )10CPU DEV1 DEV2 程序 A 程序 B 时间0 20 40 45 70 90 109 110 129 139 149 159 169 199 214 234 B A B A B B A B B A A B A A 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 操作系统教程 （第 5 版） ch1 应用题参考答案8 秒、(CPU)10 秒。B 程序按顺序使用： (设备甲 )10 秒、(CPU)10 秒、(设备乙 )5 秒、(CPU)5秒、 (设备乙 )10 秒。在顺序环境下先执行A，再执行 B，求出总的 CPU 利用率为多少 ? 答：程序 A 执行了 40 秒，其中 CPU 用了 25秒。程序 B 执行了 40 秒，其中CPU 用了15秒。两个程序共用了80 秒， CPU 化了 40 秒。故 CPU 利用率为40/80=50%。11. 在某计算机系统中，时钟中断处理程序每次执行的时间为2ms（包括进程切换开销）。若时钟中断频率为60HZ，试问 CPU 用于时钟中断处理的时间比率为多少? 答：因时钟中断频率为60HZ，所以，时钟周期为：1/60s=50/3ms。在每个时钟周期中，CPU 花2ms 执 行 中 断 任 务 。 所以 ， CPU 用于 时 钟 中 断 处 理 的 时 间 比 率 为 ：2/(50/3)=6/50=12% 。12 . 下列例子中，区分“时分复用共享”与“空分复用共享”，并做简单解释。a)住宅区的土地b)个人计算机c)教室里的黑板d)公共汽车上的椅子e)UNIX中的单用户文件f)分时系统中的打印机g)C/C+运行时系统的堆栈h)商品公寓房i)某公共小汽车停车场j)城市里的出租车k)宾馆住房答：时分复用共享b) c)e) f) i) j) 空分复用共享a) d) g) i) h)i使用空分复用来选一个停车位置，使用时分复用来共用单个停车位置。k使用空分复用来选一个房间，使用时分复用来共用单个房间。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -