操作系统之进程管理习题[通俗易懂]

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1.操作系统对进程管理的程序叫进程调度。进程调度就是按照某种算法从就绪队列中选取进程，让该进程获得cpu。多个进程竞争一个CPU，获得CPU的次序是由调度算法决定的。考虑5个进程见下表，1的优先级最高，给出在采用下述几种调度算法下的调度次序

(1).非剥夺优先级

(2).剥夺优先级

(3).时间片轮转(时间片为2)

进程	创建时间	运行时间	优先数
P1	0	4	3
P2	3	8	2
P3	4	6	2
P4	6	4	1
p5	7	2	1

答：

1).1->2->4->5->3

2).1->2->4->5->3->2->1 (这里为什么3在2的前面因为优先级相同的时候 3比2先就绪)

3).1->1->2->3->4->2->5->3->4->2->3->2(先就绪先放在队首按照顺序执行)

for more specific:

sugar

2.画出计算(x*x+1)/(y*y+1)的进程流图，其中每个操作看成一个进程，并写出同步算法（提示：参考书后的模拟试题）

答：怎么画进程流图，(1).一分支一信号 (2).···不能省

其中：P1：x*x、P2：y*y、P3：x*x+1、P4：y*y+1、P5：(x*x+1)/(y*y+1)

设s1=0(P3是否能开始)、s2=0(P4是否能开始)、s3=0(表示P5是否可以开始) 3个变量可以

但是加一个s4=0(由s3和s4共同表示P3P4是否完成，P5是否可以进行)

main(){
	int s1=0, s2=0, s3=0, s4=0;
	cobegin
		P1();P2();P3();P4();P5();
	coend
} 
P1(){
	··· 
	计算P1 
	V(s1);
	···
}
P2(){
	···
	计算P2 
	V(s2);
	···
}
P3(){
	···
	P(s1);
	计算P3 
	V(s3);
	···
}
P4(){
	···
	P(s2);
	计算P4
	V(s4); 
	···
} 
P6(){
	···
	P(s3);
	P(s4);
	计算P4 
	···
}

3.桌子上有一只盘子，每次只能放入一只水果，爸爸专门往盘子里放苹果，妈妈专门往盘子里放橘子，一个儿子专门吃盘子里的橘子，一个女儿专门等吃盘子里的苹果，用信号量以及P、V实现爸爸、妈妈、儿子、女儿之间的同步与互斥关系（提示：参考生产者—消费者问题）

解题思路：单缓冲区的生产者消费者模型

(1).模型(同步、互斥、混合)

(2).信号灯(同步、互斥、初值、几个)

同步(empty：代表缓冲区是否有位置、full：代表缓冲区是否有产品)

互斥(mutex：缓冲区的互斥信号、初值为n代表有n个缓冲区可以使用) ps:互斥信号灯紧贴临界区

解题：

empty=1(代表盘子中有1个空位)、apple=0(full信号灯、表示有没有苹果)、orange(full信号灯、表示有没有橘子)

这道题里没有考虑互斥问题但设一个互斥变量也可以mutex=1(表示该缓冲区是否被占用 1表示没有被占用可以使用)

main(){
	int empty=1, apple=0, orange=0, mutex=1;
	cobegin
		father(); mother(); son(); daughter();
	coend 
}
father(){
	while(true){
		P(empty);//看看盘子是否有位置
		P(mutex);//占用盘子
		放苹果 
		V(mutex);//归还盘子 
		V(apple);
	}
}
mother(){
	while(true){
		P(empty);//看看盘子是否有位置
		P(mutex);//占用盘子
		放橘子 
		V(mutex);//归还盘子 
		V(orange);
	}
}
son(){
	while(true){
		P(orange);//看看有没有橘子
		P(mutex);//占用盘子
		吃橘子 
		V(mutex);//归还盘子 
		P(empty) 
	}
}
daughter(){
	while(true){
		P(apple);//看看有没有橘子
		P(mutex);//占用盘子
		吃苹果 
		V(mutex);//归还盘子 
		P(empty) 
	}
}

4.现有3个并发进程P1、P2和P3，如图所示。3个并发进程共享两个单缓冲区B1和B2.进程P1负责不断从输入设备读数据，若读入的数据为正数，则直接送入B2,否则应先将数据送入B1,经P2取出加工后再送入B2、P3从B2中取信息输出。请使用信号灯P、V操作描述进程P1、P2和P3实现同步的算法。

解题:

empty1=1, empty2=1:表示缓冲区B1，缓冲区B2都有位置

full1=0, full2=0:表示缓冲区B1，缓冲区B2都有产品

mutex1=1, mutext2=1:表示缓冲区B1,B2均可占用 这里没有出现互斥现象(比如说同时对一个缓冲区进行操作) 所以可省略掉互斥信号灯

main(){
	int empty1=1, empty2=1, full1=0, full2=0;
	int mutex1=1, mutex2=1;
	cobegin
		P1();P2();P3(); 
	coend
}
P1(){
	while(true){
		if(x>=0){
			P(empty2);//看看B2是否有位置//P1->B2 
			P(mutex2);//占用缓冲区B1
			向B2放入数据 
			V(mutex2);//归还缓冲区B1 
			V(full2);//B2中有一个产品 	
		}
		else{
			P(empty1);//同上 
			P(mutex1);
			向B1放入数据
			V(mutex1);
			P(full1);
		}
	} 
}
P2(){
	while(true){
		P(full1); //看看B1是否有产品
		P(mutex1);//占用缓冲区
		取数 
		V(mutex1);//归还缓冲区 
		V(empty1);//B1中没有产品了 
		P2加工
		P(empty2);//看看B2是否有位置
		P(mutex2);
		放数 
		V(mutex2);
		V(full2);//产生产品 
	}
}
P3(){
	P(full2);//看看B2是否有产品
	P(mutex2);//占用缓冲区
	取数 
	V(mutex2);//归还缓冲区 
	P3加工 
	V(empty2); 
}

5. 某系统采用双缓冲区技术来管理对设备D的输出，如图8.21所示。在运行过程时，某进程P将其计算结果输出到设备D的步骤是：先将结果输出到buf1，若buf1满，则将结果输出到buf2.如果缓冲区全满，则等待。设备D输出的步骤是：先将结果输出到buf1是否有数据，若有，则将buf1的内容输出；接下来判断buf2中是否有数据，若有，则将buf2中的数据输出。以上进程P和设备D的动作循环进行，直到进程P的计算结束。

(1).现假设buf1和buf2都只有1个记录数据的空间，试用信号量P,V操作描述进程P和设备D的同步过程。

(2).假设进程P计算结果的速度是x,设备D输出结果的速度是y,试计算此双缓冲系统输出结果的速度，并将其与采用单缓冲(去掉图中的一个buf,且图中的输出设备与进程无任何形式的本地缓存)的系统的输出结果进行对比。

画太丑了不想花时间画画了QAQ

(1).问题一根据前面类似的思路。

	int empty1=1, empty2=1, full1=0, full2=0;
	//其中empty1=1表示buf1有位置, full1=0表示buf1没有数据, 2同理
	int mutex1=1, mutex2=1;	
	//mutex=1, mutex2=1表示每个缓冲区只有一个资源可使用，并且现在均处于未使用的状态

将所有的变量考虑清楚之后：

int main(){
	int empty1=1, empty2=1, full1=0, full2=0;
	int mutex1=1, mutex2=1;	
	cobegin
		P();D(); 
	coend
	return 0;
} 
P(){
	while(true){
		if(empty1 >= 1) 
		{	
			...
			P(empty1);//buf1是否有位置
			P(mutex1);
			向buf1放入数据
			V(mutex1);//结束放置
			V(full1);//buf1现有数据 
			...
		}
		else if(empty2 >= 1) 
		{
			...
			P(empty2);//buf2是否有位置 
			P(mutex2);
			向buf2放入数据
			V(mutex2);
			V(full2);//buf2现有数据 
			... 	
		}		 
	}
}
D(){
	while(true){
		if(full1 >= 1)
		{
			...
			P(empty1);//判断buf1是否有数据
			P(mutex1);
			取出buf1数据
			V(mutex1);
			P(full1);
			...
		}
		else
		{
			...
			P(empty2);
			P(mutex2);
			取出buf2数据 
			V(mutex2);
			P(full2;)	
			...
		}
	} 
}

(2).

某文件占10个磁盘块，现将该文件磁盘块一一读入内存，并送用户区分析。设一个缓冲区大小和磁盘块一样大，从磁盘读入到缓冲区的时间为100us，从缓冲区读入用户区域要50us，cpu对数据分析需要50us，试分别计算在单缓冲区和双缓冲区的情况下，读入并分析该文件的时间。

这题有疑惑的原因：

(1).在缓冲区已满的情况下，不能再往缓冲区写数据。

(2).将数据从磁盘读入到缓冲区的操作是串行的。

7-32.某页式存储管理系统实现时，结合简化的段式管理，虚拟地址长度为24位，其中23-22两位表示段类型：01、10、11分别代表代码段、数据段、栈段，00非法；主存块和页面大小为2K。现有一进程P，代码段分别占用4个主存块0xA, 0x8, 0x5, 0xF, 数据段分别占用3个主存块0xB, 0x7, 0xD, 栈段分别占用两个主存块0x1, 0x6,回答以下问题：

(1). 该页式存储管理系统中，进程的代码段空间以及整个虚拟地址空间最大是多少？

(2).画出进程P主存中段表、页表结构，其中段表包含段的起始虚拟地址，页表指针。

(3).计算出进程P中逻辑地址8006ADH的物理地址，给出计算过程。

危险⚠️：有人说我这题的答案全是错的，但是我也不知道怎么写，请各位看官自主鉴别真假。

(1).代码段空间： $2^{22}$ ，整个虚拟地址空间 $2^{^{24}}$