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第三章作业题答案

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第三章 课后习题解答
1．处理机调度的主要目的是什么？
【解答】处理机调度的主要目的是根据不同的系统，提供不同的处理机管理策略，以提高资源的利用率，提高系统的效率。具体地讲，处理机调度分为三个层次，即作业调度、对换和进程调度。作业调度的任务是，从外存上后备队列中，选择一些附合条件的作业调入内存，并为它创建进程、分配必要的资源。对换又称交换调度或中级调度，其主要任务是按照给定的原则和策略，将处于外存交换区中的就绪状态或等待状态的进程调入内存，或把处于内存就绪状态或内存等待状态的进程交换到外存交换区，交换调度主要涉及到内存管理与扩充。进程调度的任务是将CPU分配给一个处在就绪状态的进程。
2．高级调度与低级调度的功能是什么？
【解答】高级调度即作业调度。作业调度又称为高级调度或长调度，用于选择把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存，并为它们创建进程、分配必要的资源。然后，再将新创建的进程排在就绪队列上，准备执行。低级调度又称为进程调度，它的功能是按照某种策略和算法，将处理机分配给一个处于就绪状态的进程。
3．处理机调度一般可分为哪三级？其中哪一级调度必不可少？为什么？
【解答】一个作业，从进入系统并驻留在外存的后备队列上开始，直至作业运行完毕，可能要经历以下三级调度：即作业调度、对换和进程调度。
其中，进程调度是必不可少的。因为进程调度是指，系统将CPU分配给一个就绪状态的进程，即CPU是进程调度要分配的对象。如果没有进程调度，系统中的进程将无法执行。
4．作业在其存在的过程中分为哪四种状态？
【解答】从进入系统到运行结束，一般要经历提交、后备、运行和完成4个阶段。相应地，作业也有提交、后备、运行和完成4种状态。只有当作业处于后备状态时，该作业才可以被调度。
(1)提交状态。一个作业在其处于从输入设备进入外部存储设备的过程称为提交状态。处于提交状态的作业，因其信息尚未全部进入系统，所以不能被调度程序选中。
(2)后备状态。也称为收容状态。输入管理系统不断地将作业输入到外存中对应部分(或称输入井)。若一个作业的全部信息已全部被输入进输入井，则在它还未被调度去执行之前，该作业处于后备状态。
(3)执行状态。作业调度程序从后备作业中选取若干个作业到内存投入运行。它为被选中作业建立进程并分配必要的资源，这时，这些被选中的作业处于执行状态。
(4)完成状态。当作业运行完毕，但它所占用的资源尚未全部被系统回收时，该作业处于完成状态。在这种状态下，系统需做如打印结果、回收资源等类似的善后处理工作。
5．作业提交后是否马上放在内存中？为什么？
【解答】作业提交后被放在作业后备队列上，只有被作业调度程序选中，进行作业调度，作业才可能被放入内存。
6．在确定调度方式和调度算法时，常用的评价准则有哪些？
【解答】在确定调度方式和调度算法时，评价的准则通常有:
(1)面向用户的准则。这是面向用户的要求所需遵循的一些准则。其中，比较重要的有周转时间短、响应时间快、截止时间的保证、优先权准则等。
(2)面向系统的准则。从系统的整体要求方面，在设计调度算法时应考虑整个系统的效: 率，具体包括如下因素:
系统的吞吐量。吞吐量是指在单位时间内系统所完成的作业数，因而它与批处理作业的平均长度具有密切关系。
处理机的利用率。但对于单用户的微机或某些实时系统，此准则就不太重要了。
各类资源的平衡利用。
7．什么是实时调度？与非实时调度相比，有何区别？
【解答】实时调度是指，计算机对外部事件的处理速度，要能跟上外部事件的快速变化，以便做出及时的响应。在进程调度时，要以适当的方式优先调度实时进程的运行。
与非实时调度相比，实时调度的响应时间短，响应速度快。
8．在批处理系统、分时系统和实时系统中，各采用哪几种进程（作业）调度算法？
【解答】在批处理系统中，可采用的进程(作业)调度算法有先来先服务调度算法、优先级调度算法、短作业优先调度算法、高响应比优先调度算法等，进程调度还可以采用时间片轮转法。
在分时系统中，只设有进程调度，不设作业调度。通常使用的调度算法是时间片轮转法、多级队列调度算法及多级反馈队列调度算法。
在实时系统中，只设有进程调度，不设作业调度，通常使用基于优先数的优先级调度算法和时间片轮转法。其中，时间片轮转法只适用于对时间要求不太苛刻的实时系统，优先级调度算法适用于对时间要求较为苛刻的实时系统。
9．在操作系统中，引起进程调度的主要因素有哪些？
【解答】引起进程调度的主要因素有:
(1)任务完成。正在执行的进程运行完成，主动释放对CPU的控制。
(2)等待资源。由于等待某些资源或事件发生，正在运行的进程不得不放弃CPU，进入阻塞状态。
(3)运行时间到。在分时系统中;当前进程使用完规定的时间片，时钟中断使该进程让出CPU.
(4)进入睡眠状态。执行中的进程自己调用阻塞原语将自己阻塞起来，进入睡眠等待状态。
(5)发现标志。在执行完系统调用，即核心处理完陷入事件后，从系统程序返回用户进程时，可认为系统进程执行完毕，从而可调度一个新的用户进程执行。
(6)优先级变化。以上都是在CPU执行不可剥夺方式下所引起进程调度的原因。在CPU执行方式是可剥夺时，还应再加一条：优先级变化。
10．假设有4道作业，它们的提交时刻及执行时间为：作业号 1、2、3、4的提交时刻 分别为：10:00、10:20、10:40、10:50，执行时间分别为：2小时、1小时、50分钟、30分钟。计算在单道程序环境下，采用先来先服务调度算法和短作业优先调度算法时的平均周转时间和平均带权周转时间，并指出它们的调度顺序。
【解答】(1)先来先服务调度。
作业调度顺序:作业1一作业2一作业3一作业4。
作业执行情况如表3-2所示。
作业号
开始运行时间
结束时间
周转时间
带权周转时间
1
10：00
12：00
120分钟
1
2
12：00
13：00
160分钟
2.7
3
13：00
13：20
190分钟
3.8
4
13：50
14：20
210分钟
7
平均周转时间=(120+160+190+210)/4=170 (分钟)
平均带权周转时间=(1+2.7+3.8+7)/4=3.6 (分钟)
(2)短作业优先调度。
作业调度顺序:作业1一作业4一作业3一作业2。
作业执行情况如表3-3所示。
作业号
开始运行时间
结束时间
周转时间
带权周转时间
1
10：00
12：00
120分钟
1
4
12：00
12：30
100分钟
3.3
3
12：30
13：20
160分钟
3.2
2
13：20
14：20
240分钟
4
平均周转时间=120+100+160+240)/4=155 (分钟)
平均带权周转时间=(1+3.3+3.2+4)/4=2.9 (分钟)
11．什么叫死锁？死锁产生的原因和必要条件有哪些？
【解答】（1）所谓死锁，是指多个进程循环等待其它进程占有的资源，因而无限期地僵持下去的局面，也可以说死锁是指进程之间无限期地互相等待永不发生的事件。
（2）系统产生死锁的根本原因可归结为两点：
各进程竞争有限的资源；进程推进顺序不当。
（3）死锁的必要条件：
互斥条件、占有且申请条件、不可抢占条件、环路条件。
12．在解决死锁问题的几个方法中，哪种方法最易实现？哪种方法资源利用率最高？
【解答】解决死锁问题的方法有：死锁的预防、死锁的避免、死锁的检测和解除等。
死锁的预防：主要是破坏产生死锁的必要条件。该方法容易实现，但资源的利用率低。
死锁的避免：比较常用的有银行家算法。在该算法中有一些数据结构及必要的计算，因此，实现起来不太容易，但资源的利用率最高。
死锁的检测和解除：是基于死锁定理而设计的，定期或不定期运行该算法对系统的状态进行检测，发现死锁便予以解除。其中，需要比较一下各种死锁解除方案的代价，找到代价最小的方案。该算法资源利用率较高，但最难实现。因此，在以上几种方法中，死锁的预防最易实现；死锁的避免资源利用率最高。
13．设时间片为1个时间单位。现有4个进程，每个进程比上一个进程迟到一个时间单位，各进程要求运行时间为：进入时间为：0、1、2、3，要求运行时间分别为：12、5、3、1。系统对进程调度采用时间片轮转法。试计算各个进程的完成时间和周转时间。
【解答】各进程运行的次序依次为: ABACBDACBACBABAAAAAAA。
在t=6时， D运行结束，按ACB运行。
在t=11时， C运行结束，按BA顺序运行。
在t=14时， B运行结束，只有A运行。
在t=21时， A运行结束。所以，各作业的结束时间和周转时间如表3-5所示。
进程
结束时间
周转时间
A
21
21
B
14
13
C
11
9
D
6
3
14. 假定某系统有5个进程PI、P2、P3、P4、P5共享3类资源A、B、C。资源类A共有17个资源、资源类B共有5个资源，资源类C共有20个资源。某一时刻，各进程对资，源的需求和占用情况如表3-6所示。

资源
请求进程
最大资源需求
已分配资源数量
A B C
A B C
P1
5 5 9
2 1 2
P2
5 3 6
4 0 2
P3
4 0 11
4 0 5
P4
4 2 5
2 0 4
P5
4 2 4
3 1 4
(1)判定系统的安全性。若安全，给出安全序列;若不安全，说明原因。
(2)在该时刻若进程P2请求资源(0,3，勾，是否能分配资源?为什么?
【解答】，
(1)各进程申请资源的情况如表3-7所示。
资源
请求进程
最大资源需求
已分配资源数量
need
A B C
A B C
A B C
P1
5 5 9
2 1 2
3 4 7
P2
5 3 6
4 0 2
4 3 4
P3
4 0 11
4 0 5
0 0 6
P4
4 2 5
2 0 4
2 2 1
P5
4 2 4
3 1 4
1 1 0
Work=(17,5,20)-(15,2,17)=(2,3,3)
存在安全序列: {P4, P5, P1, P2, P3}、{P5, P4, P3, P2, PI}等。故该状态是安全的。
(2)不能分配。因为请求资源数request2=（0,3,4)≤剩余资源数(2,2,3)不成立，所以不能分配。
15．说明Linux系统的进程调度算法采用什么策略？
【解答】Linux系统提供了三种进程调度算法，这三种算法可由用户通过宏定义来选择。三种进程调度算法是：普通的分时进程、先进先出的实时进程、基于优先级的轮转算法(动态优先级调度)。

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