山理工 - 操作系统-2012~2013-1期中测试题（时间：90分钟）.docx

根据给定文件的信息，我们可以总结出以下相关的IT知识点： ### 1. 死锁避免问题 **题目背景：** 在操作系统领域中，进程间的资源分配可能导致死锁问题。本题探讨了在一个系统中有多个进程共享有限资源的情况下，如何确定每个进程申请资源的最大数量以避免发生死锁。 **知识点解析：** - **死锁的概念：** 死锁是指两个或多个进程互相等待对方持有的资源而无法继续执行的现象。 - **避免死锁的方法：** 通过限制进程申请资源的数量来确保系统的安全状态。 - **安全状态：** 在这种状态下，无论进程以何种顺序请求资源，都不会导致死锁。 - **银行家算法：** 一种常用的避免死锁的算法，通过检查系统的资源分配情况来决定是否将资源分配给请求的进程。 **解答思路：** - 设定条件：系统有10个同类资源，最多允许5个进程并发执行并共享这些资源。 - 目标：确保在任何情况下都不会发生死锁。 - 解决方法：每个进程最多申请2个资源。 - 原理：如果每个进程最多申请2个资源，那么即使所有进程都申请了资源，仍然会有一个额外的资源可供分配，从而避免了死锁的发生。 ### 2. 快表访问时间计算 **题目背景：** 本题考查了计算机系统中快表的作用及其对提高内存访问效率的影响。 **知识点解析：** - **快表（Translation Lookaside Buffer, TLB）：** 快表是一种特殊的高速缓存，用于存储最近使用的页表条目，以加快地址转换的速度。 - **内存访问时间：** 访问内存所需的时间。 - **有效访问时间：** 实际上完成内存访问所需的时间，考虑了快表命中率的影响。 **解答思路：** - 给定条件：一次访问内存的时间为260纳秒，访问快表的时间为25纳秒，快表的命中率为85%。 - 计算公式：\[ \text{有效访问时间} = (\text{快表访问时间} \times \text{快表命中率}) + (\text{内存访问时间} + \text{快表访问时间}) \times (1 - \text{快表命中率}) + \text{内存访问时间} \] - 解答步骤： 1. 计算快表命中情况下的总时间：\[ 25 \times 0.85 = 21.25 \text{ ns} \] 2. 计算快表未命中情况下的总时间：\[ (260 + 25) \times 0.15 = 42.75 \text{ ns} \] 3. 加上每次访问内存的固定时间：\[ 21.25 + 42.75 + 260 = 324 \text{ ns} \] ### 3. 中断频率计算 **题目背景：** 本题考察了在高速数据传输过程中，CPU被中断的频率计算。 **知识点解析：** - **中断频率：** CPU接收到中断信号的频率。 - **数据速率：** 数据传输的速度，单位通常为比特/秒（bps）。 **解答思路：** - 给定条件：数据通信速率为77.1 Kbps，缓冲寄存器为4位。 - 计算公式：\[ \text{CPU被中断的频率} = \frac{\text{数据通信速率}}{\text{缓冲寄存器位数}} \] - 解答步骤：\[ \frac{77.1 \text{ Kbps}}{4} = 19.275 \text{ K/s} \] ### 4. 文件读取处理时间计算 **题目背景：** 本题考查了在双缓冲区结构下，文件读取和处理所需时间的计算。 **知识点解析：** - **双缓冲区：** 一种优化技术，用于提高数据读写效率，特别是在处理连续流数据时。 - **缓冲区：** 临时存储数据的区域，用于加速数据处理。 **解答思路：** - 给定条件：文件占用40个磁盘块，读取一个磁盘块到缓冲区的时间为200微秒，缓冲区数据传送到用户区的时间为10微秒，CPU处理数据的时间为50微秒。 - 计算公式：\[ \text{总时间} = (\text{磁盘块数} - 1) \times \text{读取时间} + \text{读取时间} + \text{处理时间} + \text{传送时间} \] - 解答步骤：\[ (40 - 1) \times 200 + 200 + 50 + 10 = 8060 \text{ us} \] ### 5. 进程同步与互斥问题 **题目背景：** 本题探讨了在抢占式优先权原则下，两个进程之间的同步与互斥问题。 **知识点解析：** - **信号量机制：** 用于实现进程间同步和互斥的一种常用工具。 - **进程调度策略：** 本题中的抢占式优先权原则，意味着高优先级的进程可以抢占低优先级进程的CPU时间。 - **共享变量：** 多个进程可以访问的变量，需要通过适当的同步机制来保护。 **解答思路：** - 进程P和Q共享变量X、Y和A，其中Q的优先级高于P。 - 分析两个进程的执行序列，确定共享变量的最终值。 - 根据进程的执行逻辑，可以推导出变量的变化过程和最终结果。 ### 6. 磁盘调度算法 **题目背景：** 本题考察了几种常见的磁盘调度算法及其对平均寻道长度的影响。 **知识点解析：** - **SSTF（最短寻道时间优先）算法：** 总是选择距离当前磁头位置最近的磁道进行访问。 - **SCAN（扫描）算法：** 按照特定方向（通常是单向）访问磁道，直到达到某个边界后才改变方向。 **解答思路：** - 给定条件：系统已经完成了对110号磁道的访问请求，当前正在访问105号磁道，后面有多个进程等待访问不同磁道。 - 根据不同的磁盘调度算法，计算出访问磁道的序列以及相应的平均寻道长度。 ### 7. 请求分页存储管理中的页面置换算法 **题目背景：** 本题讨论了在请求分页存储管理系统中，采用LRU页面置换算法时的缺页率计算。 **知识点解析：** - **请求分页存储管理：** 一种虚拟内存管理技术，只在需要时将页面加载到物理内存中。 - **LRU（最近最少使用）页面置换算法：** 当内存空间不足时，淘汰最长时间未被访问的页面。 **解答思路：** - 给定条件：系统为进程分配3个物理块，初始时主存中没有页面，页面访问串为2, 5, 0, 5, 0, 3, 4, 1, 7, 4, 6, 0, 2, 0, 7。 - 根据LRU算法的规则，计算出缺页次数及缺页率。