操作系统考试题练习题

### 操作系统考试题知识点解析 #### 一、利用信号量机制实现进程同步 **题目描述**：利用信号量机制，根据如下前趋图写出可并发执行的程序。具体包括： 1. 进程2与进程4、进程5与进程6、进程3与进程4之间的关系。 2. 一个桌面只有一个空盘，父亲可以向盘中放苹果或桔子，儿子专等吃桔子，女儿专等吃苹果。当盘中为空时一次只能放一个水果。请使用P、V原语实现父亲、儿子、女儿三个并发进程的同步。 **知识点解析**： 1. **信号量机制**：信号量是一种用于控制多个进程对共享资源访问的机制，通常用来解决进程间的互斥和同步问题。它通过一系列的P（wait）和V（signal）操作来实现。 2. **P操作**：P操作会减小信号量的值。如果信号量的值小于0，则调用进程阻塞并被加入到信号量的等待队列中。 3. **V操作**：V操作会增加信号量的值。如果信号量的值小于等于0，则唤醒等待队列中的一个进程。 4. **前趋图与并发执行**：前趋图表示了各个进程之间的时间顺序依赖关系，即某些进程必须在其他进程之前执行。根据前趋图，我们可以编写相应的程序来确保这些依赖关系得到满足。 - 对于进程2与进程4、进程5与进程6、进程3与进程4之间的关系，可以通过设置相应的信号量并配合P/V操作来实现进程间的同步。 5. **水果放置问题**：这个问题可以通过定义两个信号量来解决：一个是用于控制桔子的放置和消费（比如`orange`），另一个用于控制苹果的放置和消费（比如`apple`）。初始时，这两个信号量的值都为1，表示盘子是空的。 - 父亲进程放入水果前，先进行P(`orange`)/P(`apple`)操作；儿子女儿消费水果前，进行V(`orange`)/V(`apple`)操作。 #### 二、高级通信原语SEND和RECEIVE的应用 **题目描述**：给出一个不完整的SEND和RECEIVE原语框图，要求填充适当的P、V操作，并解释所用信号量的意义和初值。 **知识点解析**： 1. **高级通信原语**：SEND和RECEIVE原语是操作系统中用于进程间通信的高级原语。它们可以用来传递消息或数据。 2. **信号量选择**：通常情况下，为了确保消息的正确传递，会使用一个信号量来控制发送者和接收者的同步。比如，可以使用一个信号量`msg`来表示消息的状态，其初值为0。 3. **SEND操作**：发送消息前，进程首先进行P(`msg`)操作，然后发送消息；发送完成后，执行V(`msg`)操作。 4. **RECEIVE操作**：接收消息前，进程进行P(`msg`)操作，以等待消息的到来；接收到消息后，执行V(`msg`)操作，以允许下一个消息被发送。 #### 三、短作业优先调度算法 **题目描述**：在一个两道作业的操作系统中，先后到达4个作业。作业调度采用短作业优先的调度算法，进程调度采用抢占式优先权调度算法。计算平均周转时间和平均带权周转时间。 **知识点解析**： 1. **短作业优先调度算法**：该算法按照作业的运行时间长度来决定调度顺序，运行时间较短的作业会被优先执行。 2. **表格填写**：根据作业到达时间、运行时间以及优先级等信息，可以填写表格。例如，根据题目描述中的表格，我们可以得知每个作业的到达时间、运行时间和优先级等信息。 3. **计算平均周转时间与带权周转时间**： - 平均周转时间 = (所有作业的周转时间之和) / 作业数量 - 带权周转时间 = (所有作业的周转时间 / 作业运行时间)之和 / 作业数量 4. **抢占式优先权调度算法**：该算法在调度时会考虑进程的优先级，并允许高优先级的进程打断低优先级的进程。 5. **案例分析**：例如，作业A、B、C、D分别在时间0、1、2、3到达，运行时间分别为5、3、5、2，优先级分别为5、3、4、6。采用短作业优先调度算法时，B会被最先执行，随后是D，然后是C和A。最终，我们可以通过计算得到平均周转时间为7.78，平均带权周转时间为2.1。 #### 四、时间片轮转调度算法 **题目描述**：在一个多道作业的操作系统中，先后到达4个作业。进程调度采用时间片轮转调度算法，时间片大小为1。计算平均周转时间和平均带权周转时间。 **知识点解析**： 1. **时间片轮转调度算法**：这是一种简单的调度算法，按照时间片轮流执行进程。每个进程被赋予一个固定的时间片，在这个时间内独占CPU资源。 2. **平均周转时间和带权周转时间**：通过计算每个作业的完成时间，进而计算出平均周转时间和平均带权周转时间。 3. **案例分析**：根据题目描述中的作业到达时间、运行时间等信息，我们可以计算出每个作业的开始时间、完成时间、周转时间和带权周转时间。 #### 五、银行家算法 **题目描述**：某个系统共有4种资源，给出在T0时刻P0、P1、P2、P3和P4这5个进程对资源的占用和需求情况，考虑如下资源分配状态。求解以下问题： 1. 系统中各种资源总数和各进程对各种资源的最大需求数目。 2. 该状态是否为安全状态，如果是安全状态，给出安全序列。 3. 如果进程P2提出资源请求（1，2，2，2），能否立即给予满足？ **知识点解析**： 1. **银行家算法**：银行家算法是一种避免死锁的方法，用于检测系统是否处于安全状态。 2. **资源总数与最大需求**：根据题目中的矩阵，我们可以计算出每种资源的总数以及每个进程的最大需求。 3. **安全状态检测**：银行家算法的核心在于检查是否存在一种安全序列，使得所有进程都能够顺利完成。如果存在这样的序列，则系统处于安全状态。 4. **案例分析**：根据题目中的资源分配状态，我们可以通过计算得出系统是否处于安全状态，并给出安全序列。 #### 六、资源分配图 **题目描述**：给出一个系统共有5种资源的情况，考虑在T0时刻P0、P1、P2、P3和P4这5个进程对资源的占用和需求情况。画出T0时刻的资源分配图，并判断是否会产生死锁。 **知识点解析**： 1. **资源分配图**：资源分配图用于描述进程与资源之间的分配情况，包括进程节点、资源节点和分配边等。 2. **死锁检测**：通过资源分配图，可以直观地检测系统是否有可能进入死锁状态。 3. **案例分析**：根据题目中的资源分配情况，我们可以画出资源分配图，并进一步判断是否会产生死锁。 #### 七、内存管理 **题目描述**：系统中有三个作业分配申请内存空间100K、30K及7K。分别给出按首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法的内存分配情况及分配后空闲分区表。 **知识点解析**： 1. **首次适应算法**：首次适应算法按照空闲分区表的顺序，寻找第一个能够满足进程需求的空闲分区进行分配。 2. **循环首次适应算法**：循环首次适应算法也是按照空闲分区表的顺序进行搜索，但会在最后一个分区后继续从头开始搜索，直到找到合适的空闲分区。 3. **最佳适应算法**：最佳适应算法会在空闲分区表中寻找最小的能够满足进程需求的空闲分区进行分配。 4. **最坏适应算法**：最坏适应算法会选择最大的空闲分区进行分配。 5. **案例分析**：根据题目描述中的内存分配申请，我们可以按照四种不同的算法分别进行内存分配，并给出分配后的空闲分区表。 #### 八、分页存储管理 **题目描述**：采用具有快表的分页存储管理方式，正在处理器上执行的一个进程的页表如下表所示。给定逻辑地址3795，要求： 1. 详述在设有快表的分页存储管理系统中，地址变换过程。 2. 将上述逻辑地址转换为物理地址。 **知识点解析**： 1. **分页存储管理**：分页存储管理是操作系统中的一种基本存储管理技术，它将主存划分为大小相同的页，程序也划分为相同大小的页。 2. **快表**：快表（TLB）是分页存储管理系统中的一个高速缓存，用于存储最近使用的页表项，从而加快地址变换速度。 3. **地址变换过程**：给定逻辑地址3795，首先要计算出页号和页内偏移量，然后查找快表中是否有对应的页表项，如果有则直接获取物理地址；如果没有，则查找页表获得物理地址，并更新快表。 4. **案例分析**：根据题目中的页表信息，我们可以计算出逻辑地址3795的页号和页内偏移量，进而查找到对应的物理地址。 #### 九、虚拟内存管理 **题目描述**：考虑一个程序的内存访问序列如下，页面大小为100字节。假设内存中仅有300字节可供程序使用，分别采用FIFO算法和LRU算法，计算共发生多少次缺页中断。 **知识点解析**： 1. **虚拟内存管理**：虚拟内存是一种内存管理技术，允许程序使用的内存空间比实际物理内存大得多。 2. **页面替换算法**：页面替换算法用于决定当内存不足时，应该替换哪个页面。常见的算法有FIFO（先进先出）、LRU（最近最少使用）等。 3. **案例分析**：根据题目中的内存访问序列，我们可以按照FIFO算法和LRU算法分别计算发生缺页中断的次数。 #### 十、磁盘调度算法 **题目描述**：若干个等待访问磁盘者依次要访问的磁道为20、44、40、4、80、12、76，移动臂当前位于40号磁道。要求按先来先服务算法、最短寻道时间优先算法、扫描算法（当前磁头移动的方向为磁道递增）分别写出访问序列并计算总寻道时间。 **知识点解析**： 1. **磁盘调度算法**：磁盘调度算法用于确定磁盘读写头访问磁道的顺序，以优化磁盘访问效率。常用的算法包括先来先服务（FCFS）、最短寻道时间优先（SSTF）、扫描算法（SCAN）等。 2. **案例分析**：根据题目中的磁道访问序列，我们可以按照三种不同的磁盘调度算法分别计算出访问序列和总寻道时间。