操作系统解答题
根据多方信息以及考研试题汇总，应该足够应付面试所需
一、解答题题型
1、多道程序设计；
2、CPU调度算法；
3、死锁避免银行家算法，死锁检测；
4、连续分配，分区分配：适配算法；
5、地址转换计算:分页管理方式；分段管理方式；
6、页面置换算法；
7、抖动现象；
8、磁盘调度算法；
9、文件系统的计算；（之后补充）
10、PV操作、管程。
二、解答题例题
2.1 题型1
多道程序设计；
1、有两个程序：程序A依次使用CPU 10秒，使用设备甲5秒，使用CPU计 5秒，使用设备乙计10秒，使用CPU 10计秒；程序B按依次使用设备甲10秒，使用CPU 10秒，使用设备乙计5秒，使用CPU计5秒，使用设备乙计10秒。在单道程序环境下，先执行程序A再执行程序B，CPU的利用率是多少？在多道程序设计环境下，CPU利用率是多少？
2、设某计算机系统有一个CPU、一台输入设备和一台打印机。现有两个进程同时进入就绪状态，且进程A先得到CPU运行，进程B后运行。进程A的运行轨迹为：计算50ms，打印信息100ms，再计算50ms，打印信息100ms，结束。进程B的运行轨迹为：计算50ms，输入数据80ms，再计算100ms，结束。
试在画出时序关系图的情况下，说明：
（1）开始运行后，CPU有无空闲等待？若有，在哪段时间内等待？计算CPU的利用率。
（2）进程A运行时有无等待现象？若有，在什么时候发生等待现象？
（3）进程B运行时有无等待现象？若有，在什么时候发生等待现象？
答案：
1、单道：50%；多道88.9%；
2、1）CPU在100-150ms的时间段内空闲等待，利用率83.3%；
2）进程A为无等待现象；
3）进程B为有等待现象，0-50ms，180-200ms。
2.2 题型2
CPU调度算法；
1、假定要在一台处理器上执行如下图所示的作业，它们在 0 时刻
以 1， 2， 3， 4， 5 的顺序到达。给出采用下列调度算法时的调度顺序、
平均周转时间(turnaround time)和平均响应时间(response time)
1） FCFS
2） RR(时间片为 1，不考虑优先级)
3） 非抢占式 SJF(shortest job first)
4） 非抢占式优先级调度（数字小的优先级大）
作业 执行时间 优先级
1 10 3
2 1 1
3 2 2
4 3 4
5 5 2
答案：
1、
1) FCFS:
P1 P2 P3 P4 P5
0 10 11 13 16 21
平均响应时间＝（ 0＋10＋11＋13＋16）/ 5 = 10
平均周转时间＝（ 10＋11＋13＋16＋21）/ 5 = 14.2
2） RR(TQ=1)
P1 P2 P3 P4 P5 P1 P3 P4 P5 P1 P4 P5 P1 P5 P1 P5 P1 P1 P1 P1 P1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
平均响应时间＝（ 0＋1＋2＋3＋4）/ 5 = 2
平均周转时间＝（ 21＋2＋7＋11＋16）/ 5 = 11.4
3） SJF
P2 P3 P4 P5 P1
0 1 3 6 11 21
平均响应时间＝（ 11＋0＋1＋3＋6）/ 5 = 4
平均周转时间＝（ 21＋1＋3＋6＋11）/ 5 = 8.4
4） Priority
P2 P3 P5 P1 P4
0 1 3 8 18 21
平均响应时间＝（ 8＋0＋1＋18＋3）/ 5 = 6
平均周转时间＝（ 18＋1＋3＋21＋8）/ 5 = 10.2
2、（南京大学 2007年 期末考试A卷）
某多道程序设计系统供用户使用的主存为100K，磁带机2台，打印机1台。采用可变分区内存管理，采用静态方式分配外围设备，忽略用户作业I/O时间。现有作业序列如下：
| 作业号 |
进入输入井时间 |
运行时间 |
主存需求量 |
磁带需求 |
打印机需求 |
| 1 |
8:00 |
25分钟 |
15K |
1 |
1 |
| 2 |
8:20 |
10分钟 |
30K |
0 |
1 |
| 3 |
8:20 |
20分钟 |
60K |
1 |
0 |
| 4 |
8:30 |
20分钟 |
20K |
1 |
0 |
| 5 |
8:35 |
15分钟 |
10K |
1 |
1 |
作业调度采用FCFS策略，优先分配主存低地址区且不能移动已在主存的作业，在主存中的各作业平均使用CPU时间。问：1) 作业被调度的先后次序；2) 全部作业运行结束的时间； 3) 作业平均周转时间； 4) 最大作业周转时间。
答案：
2、 1）作业调度选择的作业次序为：1, 3, 4, 2, 5。
2）全部作业运行结束的时间 9: 30。
3）周转时间：作业1为30分钟，作业2为55分钟，作业3为40分钟，作业4为40分钟，作业5为55分钟。
4）平均作业周转时间为44分钟。
5）最大作业周转时间为55分钟。
2.3 题型3
死锁避免银行家算法 ，死锁检测；
1、（南京大学 考研改编 1995年试题）
某系统有R1设备2台，R2设备2台，R3设备1台，当前时刻存在四个共享进程，分别为P1、P2、P3和P4，其资源分配和申请情况如下：P1获得了一个R2设备，申请一个R1设备；P2获得一个R1设备，申请一个R3设备；P3获得一个R1设备，申请一个R2设备；P4获得一个R2设备。
(1) 画出系统的进程-资源分配图；
(2) 使用“死锁检测”算法，判断该系统是否产生死锁？
答案：
1）略
2）没有发生死锁。
2、（南京大学 2007年 期末考试B卷）
系统中有A、B、C、D共四种资源，在某时刻进程P0, P1, P2, P3和P4对资源的占有和需求情况如表，试解答下列问题：
| Process |
Allocation |
Claim |
Available |
| A B C D |
A B C D |
A B C D |
|
| P0 |
0 0 3 2 |
0 0 4 4 |
1 6 2 2 |
| P1 |
1 0 0 0 |
2 7 5 0 |
|
| P2 |
1 3 5 4 |
3 6 10 10 |
|
| P3 |
0 3 3 2 |
0 9 8 4 |
|
| P4 |
0 0 1 4 |
0 6 6 10 |
|
（1）系统此时处于安全状态吗？
（2）若此时P2发出请求(1, 2, 2, 2)，系统能分配资源给它吗？为什么？
答案：
1) 系统处于安全状态，存在安全序列：P0, P3, P4, P1, P2。
2) 不能分配，否则系统会处于不安全的状态。
2.4 题型4
PV操作、管程；
1、生产者，消费者问题伪代码（基础）看书解决此题目
2、（南京大学 考研真题 2000年）
桌上有一空盘，允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果，也可向盘中放桔子，儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘空时一次只能放一只水果供吃者取用，请用P、V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。
答案：
在本题中，应设置三个信号量S、So、Sa，信号量S表示盘子是否为空，其初值为l；信号量So表示盘中是否有桔子，其初值为0；信号量Sa表示盘中是否有苹果，其初值为0。同步描述如下：
int S＝1;
int Sa＝0;
int So＝0;
main(){
cobegin
father();
son();
daughter();
coend
｝
father(){
while(1){
P(S);
将水果放入盘中;
if（放入的是桔子）V(So);
else V(Sa);}
}
son(){
while(1)
{
P(So);
从盘中取出桔子;
V(S);
吃桔子;}
}
daughter(){
while(1)
{
P(Sa);
从盘中取出苹果;
V(S);
吃苹果;}
}
2.5 题型5
连续分配，分区分配：适配算法；
1、在一个分区存储管理系统中，按地址从低到高排列的空闲分区的长度分别是：10KB、4KB、 20KB、 18KB、 7KB、 9KB、 12KB、 15KB。对于下列顺序的段请求： 12KB、 10KB、 15KB、 18KB分别使用首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法和下次适应算法，试说明空间的使用情况。
答案：
1、为描述方便起见，对空闲分区进行编号，其编号如表所示。
分区编号
| 分区号 |
分区长度 |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 |
10KB 4 KB 20 KB 18 KB 7 KB 9 KB 12 KB 15 KB |
1）采用首次适应算法进行内存分配时，无法满足所有的段请求。
2）满足要求。
3）最坏适应算法总是选择最大的空闲区分配给作业，无法满足所有的段请求。
4）下次适应算法是首次适应算法的变形，在为作业进行内存分配时，总是从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始顺序查找， 直至找到第一个能满足大小要求的空闲分区为止。无法满足所有的段请求。
2、（2010年全国研究生入学考试真题）
某基于动态分区存储管理的计算机，其主存容量为55MB(初始为空)，采用最佳适配算法，分配和释放的顺序为：分配15MB，分配30MB，释放15MB，分配8MB，分配6MB，此时主存中最大空闲分区的大小是多少。
答案：
2、9MB
2.6 题型6
地址转换计算:分页管理方式；分段管理方式；
1、（2010年与2013年全国研究生入学考试）
某计算机主存按字节编址，逻辑地址和物理地址都是32位，页表项大小为4字节。请回答下列问题。
(1)若使用一级页表的分存储管理方式，逻辑地址结构为：
则页的大小是多少字节？页表最大占用多少字节？
(2)若使用二级页表的分存储管理方式，逻辑地址结构为：
设逻辑地址为 LA ，请分别给出其对应的页目录号和表索引达式。
(3)采用(1)中的分页存储管理方式，一个代码段起始逻辑地址为0000 8000H，其长度为8KB，被装载到从物理地址0090 0000H开始的连续主存空间中。页表从主存0020 0000H 0020 0000H开始的物理地址处连续存放，如下图所示(地址大小自下向上递增)。请计算出该代码段对应的两个页表项物理地址、这中框号以及计算出该代码段对应的两个页表项物理地址、这中框号以及计算出该代码段对应的两个页表项物理地址、这两个页表项中的框号以及代码页面2的起始物理地址。
答案：
1、页大小4KB，一级页表：4MB；
2、页目录号 ((unsigned int)(LA))>>22
页表索引号((unsigned int)(LA))>>12
3、物理地址1:0020 0020H
物理地址2:0020 0024H
物理地址3:0090 1000H
2、页式存储管理，允许用户编程空间为32个页面(每页1KB)，主存为16KB，如有一用户程序有10页长，且某时刻该用户程序页表见表
如表：
如果分别遇有以下三个逻辑地址：0AC5H、1AC5H、3AC5H处的操作，试计算并说明存储管理系统将如何处理。
答案：
1、12C5H
2、缺页中断
3、越界中断
2.7 题型7
页面置换算法；
1、（综合考察，南京大学 期末 2007年）
一个页式存储管理系统使用LRU（最近最少使用）页面替换算法，页面大小为1024字节，如果一个作业的页面走向为：1、1、2、3、4、2、1、5、6、1、2、5，分配给该作业的物理块数分别为4，分别为20，31，2，5号页框。试计算访问过程中发生的缺页中断次数和缺页中断率，并分别画出页框中内容的变化过程。如果接下来要访问逻辑地址为3320，试求其对应的物理地址是多少？
答案：
共6次缺页中断，缺页中断率为6/12 = 1/2。
1
1
1，2
1，2，3
1，2，3，4
1，3，4，2
3，4，2，1
4，2，1，5
2，1，5，6
2，5，6，1
5，6，1，2
6，1，2，5
3320/1024 分解逻辑地址：为第3个页面，第248单元。
由于3号页面不再内存中，需要淘汰6号页面，并将3号页面装入。6号页面替换的是4号页面，而4号页面原来在5号页框中，所以3号页面被装入5号页框中。
所以转换成物理地址为 5×1024+248 = 5368。
2、一个页式存储管理系统使用LRU（最近最少使用）页面替换算法，页面大小为100字节，如果一个作业的逻辑地址访问序列是：11、52、421、325、122、452、98、100、110、220、151、501，当分配给该作业的物理块数分别为3和4时，分别为20，31，2，5号页框。试计算访问过程中发生的缺页中断次数和缺页中断率，并分别画出页框中内容的变化过程。
答案：
对应的页面访问序列为0, 0, 4, 3, 1, 4, 0, 1, 1, 2, 1, 5
3个物理块的情况下，共7次缺页中断，缺页中断率为7/12。
4个物理块的情况下，共5次缺页中断，缺页中断率为5/12。
0 0
0 0
0，4 0，4
0，4，3 0，4，3
4，3，1 0，4，3，1
3，1，4 0，3，1，4
1，4，0 3，1，4，0
4，0，1 3，4，0，1
4，0，1 3，4，0，1
0，1，2 4，0，1，2
0，2，1 4，0，2，1
2，1，5 0，2，1，5
3、（中科院软件所1999年研究生试题）
在一个请求分页系统中，假如系统分配给一个作业的物理块数为3，并且此作业的页面走向为2、3、2、1、5、2、4、5、3、2、5、2。试用FIFO和LRU两种算法分别计算出程序访问过程中所发生的缺页次数。
答案：
采用先进先出（FIFO）淘汰算法产生的缺页为9次。采用最近最少使用（LRU）淘汰算法产生的缺页次数为7次。
ＦＩＦＯ
| 走向 |
２ |
3 |
2 |
1 |
５ |
２ |
４ |
５ |
３ |
２ |
５ |
２ |
| 块1 块2 块3 缺页 |
２
缺 |
３ ２
缺 |
|
1 3 2 缺 |
１ ３ ５ 缺 |
１ ２ ５ 缺 |
４ ２ ５缺 |
|
４ ２ ３ 缺 |
|
４ ５ ３ 缺 |
２ ５ ３ 缺 |
ＬＲＵ
| 走向 |
２ |
3 |
2 |
1 |
５ |
２ |
４ |
５ |
３ |
２ |
５ |
２ |
| 块1 块2 块3 缺页 |
２
缺 |
２ ３
缺 |
３ ２ |
３ ２ １ 缺 |
２ １ ５ 缺 |
１ ５ ２
|
５ ２ ４ 缺 |
２ ４ ５
|
４ ５ ３ 缺 |
５ ３ ２ 缺 |
３ ２ ５ |
３ ５ ２ |
2.8 题型8
抖动现象的解释：在计算机操作系统的虚拟存储管理中，抖动是指刚被调出的页又立即被调入所形成的频繁调入调出的现象。
2.9 题型9
磁盘调度算法；
1、有一具有40个磁道的盘面，编号为0~39，当磁头位于第11号磁道时，顺序来到如下磁道请求：磁道号：1、36、16、34、9、12、13；试用1）先来先服务算法FCFS、2）最短查找时间优先算法SSTF、3）扫描算法SCAN、4）电梯调度算法等三种磁盘驱动调度算法，给出其访问磁道的顺序，并计算出它们各自要来回穿越多少磁道？
答案：
FIFS为112 11-1-36-16-34-9-12-13，(10+35+20+18+25+3+1), 112
SSTF为55 11-12-13-16-9-1-34-36，(1+1+3+7+8+33+2),55
SCAN为66(由小到大) 11-12-13-16-34-36-39-9-1，(1+1+3+18+2+3+30+8), 66
SCAN为47(由大到小) 11-9-1-0-12-13-16-34-36，(2+8+1+12+1+3+18+2), 47电梯调度算法为60(由小到大)11-12-13-16-34-36-9-1，(1+1+3+18+2+27+8), 60
电梯调度算法为45(由大到小)11-9-1-12-13-16-34-36，(2+8+11+1+3+18+2), 45