计算机操作系统应用题及答案

计算机操作系统应用题及答案某计算机系统当前运行5个进程（P1至P5），其CPU调度相关参数如下表所示（时间单位：ms）：进程到达时间服务时间P108P224P335P453P566系统同时管理3类资源（R1、R2、R3），各类资源总量分别为12、10、8。当前各进程的资源分配与最大需求情况如下表（单位：资源数）：进程最大需求（Max）已分配（Allocation）当前请求（Request）P1(7,5,3)(2,1,1)(1,0,0)P2(3,2,2)(2,1,0)(0,1,0)P3(9,0,2)(2,0,0)(2,0,1)P4(2,2,2)(1,1,1)(0,0,1)P5(4,3,3)(0,0,2)(1,1,0)请回答以下问题：1.分别使用先来先服务（FCFS）、非抢占式短作业优先（SJF）、时间片为2ms的轮转调度（RR）算法，计算各进程的周转时间、等待时间，并比较三种算法的平均周转时间（ATT）和平均等待时间（AWT）。2.系统当前是否处于死锁状态？若未死锁，使用银行家算法判断是否存在安全序列；若存在死锁，指出死锁进程集合。问题1解答1.1先来先服务（FCFS）算法FCFS按进程到达时间顺序调度，不抢占。调度顺序为P1→P2→P3→P4→P5。P1：到达时间0，服务时间8。开始时间=0，结束时间=0+8=8。周转时间（TT）=结束时间-到达时间=8-0=8ms；等待时间（WT）=TT-服务时间=8-8=0ms。P2：到达时间2，需等待P1结束。开始时间=8，结束时间=8+4=12。TT=12-2=10ms；WT=10-4=6ms。P3：到达时间3，开始时间=12，结束时间=12+5=17。TT=17-3=14ms；WT=14-5=9ms。P4：到达时间5，开始时间=17，结束时间=17+3=20。TT=20-5=15ms；WT=15-3=12ms。P5：到达时间6，开始时间=20，结束时间=20+6=26。TT=26-6=20ms；WT=20-6=14ms。FCFS结果：TT：[8,10,14,15,20]，平均ATT=(8+10+14+15+20)/5=13.4ms；WT：[0,6,9,12,14]，平均AWT=(0+6+9+12+14)/5=8.2ms。1.2非抢占式短作业优先（SJF）算法SJF选择当前已到达且服务时间最短的进程优先调度。需按到达时间动态调整候选队列。时间0：仅P1到达，调度P1（服务8ms），结束时间8。时间8：已到达进程有P2（到达2，服务4）、P3（到达3，服务5）、P4（到达5，服务3）、P5（到达6，服务6）。候选进程中服务时间最短的是P4（3ms）。调度P4，开始时间8，结束时间8+3=11。时间11：已到达进程有P2（服务4）、P3（服务5）、P5（服务6）。最短服务时间为P2（4ms）。调度P2，开始时间11，结束时间11+4=15。时间15：剩余进程P3（服务5）、P5（服务6）。最短服务时间为P3（5ms）。调度P3，开始时间15，结束时间15+5=20。时间20：最后调度P5，开始时间20，结束时间20+6=26。各进程详细计算：P1：TT=8-0=8ms；WT=0ms。P2：开始时间11，TT=15-2=13ms；WT=13-4=9ms。P3：开始时间15，TT=20-3=17ms；WT=17-5=12ms。P4：开始时间8，TT=11-5=6ms；WT=6-3=3ms。P5：开始时间20，TT=26-6=20ms；WT=20-6=14ms。SJF结果：TT：[8,13,17,6,20]，平均ATT=(8+13+17+6+20)/5=12.8ms；WT：[0,9,12,3,14]，平均AWT=(0+9+12+3+14)/5=7.6ms。1.3时间片轮转（RR，时间片2ms）算法RR按到达时间入队，每次分配2ms时间片，未完成则重新入队。需跟踪进程到达时间和剩余服务时间。初始队列（按到达顺序）：P1（到达0，剩余8）、P2（到达2，剩余4）、P3（到达3，剩余5）、P4（到达5，剩余3）、P5（到达6，剩余6）。时间0-2：执行P1（剩余8→6），结束时间2。队列更新：P2（到达2已入队）、P3（到达3未到，暂不加入）、P1（剩余6重新入队）。时间2-4：执行P2（剩余4→2），结束时间4。队列：P3（到达3已入队）、P1（剩余6）、P2（剩余2重新入队）。时间4-6：执行P3（剩余5→3），结束时间6。队列：P1（剩余6）、P2（剩余2）、P3（剩余3重新入队）、P4（到达5已入队）。时间6-8：执行P1（剩余6→4），结束时间8。队列：P2（剩余2）、P3（剩余3）、P4（剩余3）、P1（剩余4重新入队）、P5（到达6已入队）。时间8-10：执行P2（剩余2→0），结束时间10。P2完成，TT=10-2=8ms；WT=8-4=4ms。队列：P3（剩余3）、P4（剩余3）、P1（剩余4）、P5（剩余6）。时间10-12：执行P3（剩余3→1），结束时间12。队列：P4（剩余3）、P1（剩余4）、P5（剩余6）、P3（剩余1重新入队）。时间12-14：执行P4（剩余3→1），结束时间14。队列：P1（剩余4）、P5（剩余6）、P3（剩余1）、P4（剩余1重新入队）。时间14-16：执行P1（剩余4→2），结束时间16。队列：P5（剩余6）、P3（剩余1）、P4（剩余1）、P1（剩余2重新入队）。时间16-18：执行P5（剩余6→4），结束时间18。队列：P3（剩余1）、P4（剩余1）、P1（剩余2）、P5（剩余4重新入队）。时间18-20：执行P3（剩余1→0），结束时间20。P3完成，TT=20-3=17ms；WT=17-5=12ms。队列：P4（剩余1）、P1（剩余2）、P5（剩余4）。时间20-22：执行P4（剩余1→0），结束时间22。P4完成，TT=22-5=17ms；WT=17-3=14ms。队列：P1（剩余2）、P5（剩余4）。时间22-24：执行P1（剩余2→0），结束时间24。P1完成，TT=24-0=24ms；WT=24-8=16ms。队列：P5（剩余4）。时间24-26：执行P5（剩余4→0），结束时间26。P5完成，TT=26-6=20ms；WT=20-6=14ms。RR结果：TT：[24,8,17,17,20]，平均ATT=(24+8+17+17+20)/5=17.2ms；WT：[16,4,12,14,14]，平均AWT=(16+4+12+14+14)/5=12ms。1.4三种算法比较算法平均周转时间（ATT）平均等待时间（AWT）FCFS13.4ms8.2msSJF12.8ms7.6msRR17.2ms12ms结论：SJF的平均周转时间和等待时间最短，RR因时间片切换导致较高延迟，FCFS性能介于两者之间。问题2解答2.1计算系统可用资源资源总量：R1=12，R2=10，R3=8。已分配资源总和：R1：2（P1）+2（P2）+2（P3）+1（P4）+0（P5）=7；R2：1（P1）+1（P2）+0（P3）+1（P4）+0（P5）=3；R3：1（P1）+0（P2）+0（P3）+1（P4）+2（P5）=4。可用资源（Available）=总量-已分配=[12-7,10-3,8-4]=[5,7,4]。2.2计算需求矩阵（Need=Max-Allocation）进程Need(R1,R2,R3)P1(7-2,5-1,3-1)=(5,4,2)P2(3-2,2-1,2-0)=(1,1,2)P3(9-2,0-0,2-0)=(7,0,2)P4(2-1,2-1,2-1)=(1,1,1)P5(4-0,3-0,3-2)=(4,3,1)2.3银行家算法判断安全性安全状态需存在一个序列，使所有进程能按此序列获得足够资源并完成。初始化工作向量Work=Available=[5,7,4]，标记所有进程未完成（Finish=[False,False,False,False,False]）。步骤1：遍历进程，寻找Need≤Work且Finish=False的进程。P2：Need=(1,1,2)≤(5,7,4)，满足。假设P2获得资源，完成后释放已分配资源（Allocation=(2,1,0)）。Work=Work+Allocation=5+2=7,7+1=8,4+0=4→[7,8,4]；Finish[P2]=True。步骤2：继续寻找。P4：Need=(1,1,1)≤(7,8,4)，满足。完成后释放Allocation=(1,1,1)。Work=7+1=8,8+1=9,4+1=5→[8,9,5]；Finish[P4]=True。步骤3：P1：Need=(5,4,2)≤(8,9,5)，满足。完成后释放Allocation=(2,1,1)。Work=8+2=10,9+1=10,5+1=6→[10,10,6]；Finish[P1]=True。步骤4：P5：Need=(4,3,1)≤(10,10,6)，满足。完成后释放Allocation=(0,0,2)。Work=10+0=10,10+0=10,6+2=8→[10,10,8]；Finish[P5]=Tru