進程調度算法相關習題

處理機調度與死鎖相關習題

1.1.假設一個系統有 5 個進程，他們的到達時間和服務時間如上表所示，忽略 I/O 以及其他的開銷時間，若分別按 先來先服務（ FCFS ） 、 非搶佔式及搶佔 的短進程優先（ SPF ） 調度算法進行 CPU 調度，請給出各進程的完成時間、週轉時間、帶權週轉時間、平均週轉時間和平均帶權週轉時間。

進程	到達時間	服務時間
A	0	3
B	2	6
C	4	4
D	6	5
E	8	2

-	進程	A	B	C	D	E	平均
-	到達時間	0	2	4	6	8
-	服務時間	3	6	4	5	2
FCFS	完成時間	3	9	13	18	20
-	週轉時間	3	7	9	12	12	8.6
-	帶權週轉時間	1	1.17	2.25	2.4	6	2.56
SPF （非搶佔）	完成時間	3	9	15	20	11
-	週轉時間	3	7	11	14	3	7.6
-	帶權週轉時間	1	1.17	2.75	2.8	1.5	1.84
SPF （搶佔）	完成時間	3	15	8	20	10
-	週轉時間	3	13	4	14	2	7.2
-	帶權週轉時間	1	2.16	1	2.8	1	1.59

續1.2 假設一個系統有 5 個進程，他們的到達時間和服務時間如上表所示，忽略 I/O 以及其他的開銷時間，若按 高響應比優先調度算法(HRRF) 進行 CPU 調度，請給出各進程的完成時間、週轉時間、帶權週轉時間、平均週轉時間和平均帶權週轉時間。

-	進程	A	B	C	D	E	平均
高響應比優先	完成時間	3	9	13	20	15
-	週轉時間	3	7	9	14	7	8
-	帶權週轉時間	1	1.17	2.25	2.8	3.5	2.14

續1.3假設一個系統有 5 個進程，他們的到達時間和服務時間如上表所示，忽略 I/O 以及其他的開銷時間，若按 只按時間片進行搶佔的多級反饋隊列 以及 立即搶佔的多級反饋隊列 (MFFP)（第 i 級隊列的時間片＝ 2 i-1 ）調度算法進行 CPU 調度，請給出各進程的完成時間、週轉時間、帶權週轉時間、平均週轉時間和平均帶權週轉時間。

綜合概述答案：

2. 某多道程序設計系統配有一臺處理器和兩臺外設 IO1 、 IO2 ，現有 3 個優先級由高到低的作業 J1 、 J2 和 J3 都已裝入了主存，它們使用資源的先後順序和佔用時間分別是：

 J1 ： IO2(30ms) ， CPU(10ms) ， IO1(30ms) ， CPU(10ms)
 J2 ： IO1(20ms) ， CPU(20ms) ， IO2(40ms)
 J3 ： CPU(30ms ）， IO1(20ms)

處理器調度採用可搶佔式的優先數算法，忽略其他輔助操作時間，回答下列問題：

1. 分別計算作業 J1 、 J2 和 J3 從開始到完成所用的時間 ;
2. 3 個作業全部完成時 CPU 的利用率 ;
3. 3 個作業全部完成時外設 IO1 的利用率。

分析：
本題是一個多道系統中兼有作業調度和進程調度的計算題，其中系統中的三個進程不僅要競爭使用處理器，而且還要競爭使用外設，從而使得進程之間的關係更加複雜。另一方面，本題略去了具體的作業調度（假設作業都已裝入了主存），減少了所要考慮的因素。本題進程的執行過程可以藉助圖示的方法來描述，如圖所示：

解答：

1. 由圖可知， J1 從開始到完成的時間是 0 ～ 80ms ， J2 從開始到完成的時間是 0 ～ 90ms ， J3 從開始到完成的時間是 0 ～ 90ms 。
2. 3 個作業全部完成總共需要 90ms ， CPU 總共使用的時間是：
   20 ＋ 10 ＋ 10 ＋ 10 ＋ 10 ＋ 10 ＝ 70 （ ms ）
   所以CPU 的利用率是：
   70/90×100% ＝ 77.8 ％
3. 3 個作業全部完成時 IO1 的利用率是：
   （ 20 ＋ 30 ＋ 20 ） /90×100 ％＝ 70/90×100 ％≈ 77.8 ％

3.圖 3-5 示出了時間片分別爲 q =1 和 q =4 時， A 、 B 、 C 、 D 、 E 五個進程的運行情況，而圖 3-6 爲 q =1 和 q =4 時各進程的平均週轉時間和帶權平均週轉時間。圖中的 RR(Round Robin) 表示輪轉調度算法。

習題部分：

一．選擇題

1 ．下列算法中，操作系統用於作業調度的算法是 (A)。
A ．先來先服務算法 B ．先進先出算法
C ．最先適應算法 D ．時間片輪轉算法
2 ．在批處理系統中，週轉時間是指 (B) 。
A ．作業運行時間 B ．作業等待時間和運行時間之和
C ．作業的相對等待時間 D ．作業被調度進入內存到運行完畢的時間
3 ．在作業調度中，排隊等待時間最長的作業被優先調度，這是指 (A)調度算法。
A ．先來先服務 B ．短作業優先
C ．響應比高優先 D ．優先級
4 ．下列算法中，用於進程調度的算法是 (D) 。
A ．最先適應 B ．最高響應比優先
C ．均衡資源調度 D ．優先數調度
5 ．兩個進程爭奪同一個資源 (B)。
A ．一定死鎖 B ．不一定死鎖
C ．只要互斥就不會死鎖 D ．以上說法都不對
6 ．下列各項中，不是進程調度時機的是 (D) 。
A ．現運行的進程正常結束或異常結束 B ．現運行的進程從運行態進入就緒態
C ．現運行的進程從運行態進入等待態 D ．有一進程從等待態進入就緒態
7 ．進程調度算法有多種， (B) 不是進程調度算法。
A ．先來先服務調度算法 B ．最短查找時間優先調度算法
C ．靜態優先數調度算法 D ．時間片輪轉調度算法
8 ．作業調度程序從 (D) 狀態的隊列中選取適當的作業投入運行。
A ．就緒 B ．提交 C ．等待 D ．後備
9 ．在實時操作系統中，經常採用 (D) 調度算法來分配處理器。
A. 先來先服務 B. 時間片輪轉 C. 最高優先級 D. 可搶佔的優先級
10 ．採用時間片輪轉調度算法主要是爲了 (A) 。
A ．多個終端都能得到系統的及時響應
B ．先來先服務
C ．優先權高的進程及時得到調度
D ．需要 CPU 時間最短的進程先做
11 ．下面關於優先權大小的論述中，不正確的論述是 © 。
A ．計算型作業的優先權，應低於 I/O 型作業的優先權
B ．系統進程的優先權應高於用戶進程的優先權
C ．資源要求多的作業，其優先權應高於資源要求少的作業
D ．在動態優先權時，隨着進程運行時間的增加，其優先權降低
12 ．產生死鎖的原因是(D) 有關。
A ．與多個進程競爭 CPU
B ．與多個進程釋放資源
C ．僅由於併發進程的執行速度不當
D ．除資源分配策略不當外，也與併發進程執行速度不當
13 ．有關產生死鎖的敘述中，正確的是 (D) 。
A ． V 操作可能引起死鎖 B ． P 操作不會引起死鎖
C ． PV 操作使用得當不會引起死鎖 D ．以上說法均不正確
14 ．有關死鎖的論述中， © 是正確的。
A ．“系統中僅有一個進程進入了死鎖狀態”
B ．“多個進程由於競爭 CPU 而進入死鎖”
C ．“多個進程由於競爭互斥使用的資源又互不相讓而進入死鎖”
D ．“由於進程調用 V 操作而造成死鎖”
15 ．有關資源分配圖中存在環路和死鎖關係，正確的說法是 (D) 。
A ．圖中無環路則系統可能存在死鎖
B ．圖中無環路則系統可能存在死鎖，也可能不存在死鎖
C ．圖中有環路則系統肯定存在死鎖
D ．圖中有環路則系統可能存在死鎖，也可能不存在死鎖
16 ．“死鎖”問題的討論是針對 　　(D)　　 的。
A ．某個進程申請系統中不存在的資源
B ．某個進程申請資源數超過了系統擁有的最大資源數
C ．硬件故障
D ．多個併發進程競爭獨佔型資源
17 ．考慮到公平對待進程和提高系統資源工作的並行度，操作系統會經常調整進程的優先級，通常應提高 (D) 的進程優先級。
A ．需計算時間長 B ．很少使用外設
C ．使用 CPU 時間長 D ．啓動外設次數多
18 ．實時系統中的進程調度，通常採用(D) 算法。
A ．響應比高者優先 B ．短作業優先
C ．時間片輪轉 D ．搶佔式的優先數高者優先
19 ． UNIX 操作系統採用的進程調度算法爲 (A) 。
A 、不可強佔處理機的動態化先數調度算法
B 、可強佔處理機的動態化先數調度算法
C 、不可強佔處理機的靜態優先數調度算法
D 、可強佔處理機的靜態化先數調度算法
20 ．當進程調度採用最高優先級調度算法時，從保證系統效率的角度來看，應提高 (B) 進程的優先級。
A ．連續佔用處理器時間長的 B ．在就緒隊列中等待時間長的
C ．以計算爲主的 D ．用戶
21 ．產生系統死鎖的原因可能是由於© 。
A ．進程釋放資源 B ．一個進程進入死循環
C ．多個進程競爭資源出現了循環等待 D ．多個進程競爭共享型設備
22 ．採用時間片輪轉調度算法時，對不同的進程可以規定不同的時間片。一般來說，對 (B) 進程給一個較小的時間片比較合適。
A ．需運算時間長的 B ．需經常啓動外設的
C ．不需使用外設的 D ．排在就緒隊列末尾的
23 ．對資源採用按序分配策略能達到 (A) 的目的。
A ．防止死鎖 B ．避免死鎖 C ．檢測死鎖 D ．解除死鎖
24 ．一種既有利於短小作業又兼顧到長作業的作業調度算法是 © 。
A ．先來先服務 B ．輪轉 C ．最高響應比優先 D ．均衡調度
25 ．在單處理器的多進程系統中，進程什麼時候佔用處理器和能佔用多長時間，取決於 ©
A ．進程相應的程序段的長度 B ．進程總共需要運行時間多少
C ．進程自身和進程調度策略 D ．進程完成什麼功能
26 ．在解決死鎖問題的方法中，屬於“死鎖避免”策略的是 (A) 。
A ．銀行家算法 B ．死鎖檢測算法
C ．資源有序分配法 D ．資源分配圖化簡法
27 ．系統出現死鎖的原因是 © 。
A ．計算機系統出現了重大故障
B ．有多個等待態的進程同時存在
C ．若干進程因競爭資源而無休止地等待着它方釋放已佔有的資源
D ．資源數大大少於進程數或進程同時申請的資源數大大超過資源總數
28 ．在操作系統中，所謂“死鎖”是指 (B) 。
A ．程序死循環 B ．多個進程彼此等待資源而不能前進的狀態
C ．硬件故障 D ．時間片太短，進程的調進調出太頻繁而效率太低
29 ．假設有三個進程競爭同類資源，如果每個進程需要 2 個該類資源，則至少需要提供該類資源 _ (B) 個，才能保證不會發生死鎖。
A ． 3 B ． 4 C ． 5 D ． 6
30 ．以下 (D) 不屬於死鎖的必要條件。
A ．互斥使用資源 B ．佔有並等待資源
C ．不可搶奪資源 D ．靜態分配資源
31 ．在爲多個進程所提供的可共享的系統資源不足時，可能出現死鎖。但是，不適當的 ()C 也可能產生死鎖。
A ．進程優先權 B ．資源的靜態分配
C ．進程的推進順序 D ．分配隊列優先權
32 ．採用資源剝奪法可以解除死鎖，還可以採用 (B)方法解除死鎖。
A ．執行並行操作 B ．撤消進程
C ．拒絕分配新資源 D ．修改信號量
33 ．系統中有 4 個併發進程，都需要某類資源 3 個。試問該類資源最少爲 (A)個時，不會因競爭該資源而發生死鎖。
A ． 9 B ． 10 C ． 11 D ． 12
34 ．在下列解決死鎖的方法中，不屬於死鎖預防策略的是 (D) 。
A ．資源的有序分配法 B ．資源的靜態分配法
C ．分配的資源可剝奪法 D ．銀行家算法
35 ．分時系統中進程調度算法通常採用 (B)。
A ．響應比高者優先 B ．時間片輪轉法
C ．先來先服務 D ．短作業優先
36 ．設有三個作業 J1 、 J2 、 J3 ，它們的到達時間和執行時間如下表：

作業名   到達時間   執行時間  
J1      8:00      2 小時  
J2      8:45      1 小時  
J3      9:30      0.25 小時  

它們在一臺處理器上按單道運行，若採用短作業優先調度算法，則此三作業的執行次序是 ©。
A ． J3,J2,J1 B ． J1,J2,J3
C ． J1,J3,J2 D ． J3,J1,J2
37 ．在下列作業調度算法中，可能引起作業長時間不能被裝入執行的算法是 (B)。
A ． FCFS 算法 B ．計算時間短的作業優先算法
C ．最高響應比優先算法 D ．動態優先數調度算法
39 ．在非搶佔調度方式下，運行進程執行 V 原語後，其狀態(A) 。
A ．不變 B ．要變 C ．可能要變 D ．可能不變
40 ．在多進程的併發系統中，肯定不會因競爭 (D) 而產生死鎖。
A ．打印機 B ．磁帶機 C ．磁盤 D ． CPU
41 ．通常不採用 ©方法來解除死鎖。
A ．終止一個死鎖進程 B ．終止所有死鎖進程
C ．從死鎖進程處搶奪資源 D ．從非死鎖進程處搶奪資源
43 ．設系統中有 P1 、 P2 、 P3 三個進程，並按 P1 、 P2 、 P3 的優先次序調度運行，它們的內部計算和 I/O 操作時間如下：

P1 ：計算 60 ms—I/O 80 ms— 計算 20 ms
P2 ：計算 120 ms—I/O 40ms— 計算 40ms
P3 ：計算 40 ms—I/O 80ms— 計算 40ms

設調度程序執行時間忽略不計，完成這三個進程比單道運行節省的時間是(B) 。
A ． 140ms B ． 160ms C ． 170ms D ． 180ms
44 ．有三個作業 A 、 B 、 C ，它們的到達時間和執行時間依次爲 (8:50 和 1.5 小時 ) 、 (9:00 和 0.4 小時 ) 、 (9:30 和 1 小時 ) 。當作業全部到達後，批處理單道系統按響應比高者優先算法進行調度，則作業被選中的次序爲 (B) 。
A ． (ABC) B ． (BAC) C ． (BCA) D ． (CAB)
45 ．設系統中有 n 個併發進程，競爭資源 R ，且每個進程都需要 m 個 R 類資源，爲使該系統不會因競爭該類資源而死鎖，資源 R 至少要有 © 個。
A ． nm+1 B ． nm+n C ． n*m+1-n D ．無法預計
46 ．下列選項中，降低進程優先級的合理時機是 (A) 。（ 2010 全國試題）
A ．進程的時間片用完 B ．進程剛完成 I/O ，進入就緒隊列
C ．進程長期處於就緒隊列中 D ．進程從就緒隊列轉爲運行狀態
47 ．下列進程調度算法中，綜合考慮進程等待時間和執行時間的是 D 。（ 2009 全國試題）
A ．時間片輪轉調度算法 B ．短進程優先調度算法
C ．先來先服務調度算法 D ．高響應比優先調度算法
48 ．某計算機系統中有 8 臺打印機，有 k 個進程競爭使用，每個進程最多需要 3 臺打印機。該系統可能會發生死鎖的 k 的最小值是 C__ 。（ 2009 全國試題）
A ． 2 B ． 3 C ． 4 D ． 5
49 ．進程調度的關鍵問題是 ©。
A ．內存的分配 B ．時間片的確定 C ．調度算法的確定 D ． I/O 設備的分配
50 ．下列選項中，滿足短任務優先且不會發生飢餓現象的調度算法是 (B) 。（ 2011 全國試題）
A ．先來先服務 B ．高響應比優先 C ．時間片輪轉 D ．非搶佔式短任務優先
51 ．某時刻進程的資源使用情況如下表所示。

此時的安全序列是 (D) 。
A ． P1 ， P2 ， P3 ， P4 B ． P1 ， P3 ， P2 ， P 4
C ． P1 ， P4 ， P3 ， P2 D ．不存在
52 ．設有五個進程 P0 、 P1 、 P2 、 P3 、 P4 共享三類資源 R1 、 R2 、 R3 ，這些資源總數分別爲 18 、 6 、 22 ， T0 時刻的資源分配情況如下表所示，此時存在的一個安全序列是 (D) 。（ 2012 全國試題）

A ． P0 ， P2 ， P4 ， P1 ， P3 B ． P1 ， P0 ， P3 ， P4 ， P2
C ． P2 ， P3 ， P4 ， P1 ， P0 D ． P3 ， P4 ， P2 ， P1 ， P0
53 ．一個多道批處理系統中僅有 P1 和 P2 兩個作業， P2 比 P1 晚 5ms 到達，它們的計算和 I/O 操作順序如下：

P1 ：計算 60ms ， I/O80ms ，計算 20ms
P2 ：計算 120ms ， I/O40ms ，計算 40ms

若不考慮調度和切換時間，則完成兩個作業需要的時間最少是(B) 。（ 2012 全國試題）
A ． 240ms B ． 260ms C ． 340ms D ． 360ms
54 ．某單處理器多進程系統中有多個就緒進程，則下列關於處理機調度的敘述中，錯誤的是 © 。
A ．在進程結束時能進行處理機調度
B ．創建新進程後能進行處理機調度
C ．在進程處於臨界區時不能進行處理機調度
D ．在系統調用完成並返回用戶態時能進行處理機調度

二．應用題

1. 有一個具有兩道作業的批處理系統（最多可有兩道作業同時裝入內存執行），作業調度採用計算時間短的作業優先調度算法，進程調度採用以優先數爲基礎的搶佔式調度算法，今有如下作業序列，作業優先數即爲進程優先數，優先數越小優先級越高：

作業名	到達時間	估計運行時間	優先數
J1	10 : 10	20 分鐘	5
J2	10 : 20	30 分鐘	3
J3	10 : 30	25 分鐘	4
J4	10 : 50	20 分鐘	6

（ 1 ）列出所有作業進入內存時間及結束時間。
（ 2 ）計算平均週轉時間。
解：先作必要的分析（可在草稿紙上完成，分析過程不計分）：
10 ： 10 　J1 被調入，開始運行
10 ： 20 　J2 進入內存，因優先級高，開始運行
　　　　　 J1 運行了 10 分鐘，還剩 10 分鐘，因優先級低，運行態變就緒態
10 ： 30 　 J1 繼續就緒
　　　　　 J2 運行了 10 分鐘，還剩 20 分鐘
　　　　　 J3 到達，但不能被調入
10 ： 50 　J2 運行結束， J4 到達
　　　　　 調入短作業 J4 ，但因 J4 優先級比 J1 低， J1 開始繼續運行
11 ： 00 　 J1 運行結束
　　　　　J3 被調入，因優先級高，開始運行
　　　　　 J4 因優先級低，仍就緒
11 ： 25 　 J3 運行結束， J4 開始運行
11 ： 45 　 J4 運行結束

（ 1 ）各個作業進入主存時間、結束時間和週轉時間如下表所示：（ 6 分）

作業名	提交時間	進入時間	結束時間	週轉時間
J1	10 ： 10	10 ： 10	11 ： 00	50
J2	10 ： 20	10 ： 20	10 ： 50	30
J3	10 ： 30	11 ： 00	11 ： 25	55
J4	10 ： 50	10 ： 50	11 ： 45	55

（ 2 ）平均週轉時間：（ 50+30+55+55 ） /4=47.5 （ min ）

7.有 5 個批處理作業（ A ， B ， C ， D ， E ）幾乎同時到達一個計算中心，估計的運行時間分別爲 10 ， 6 ， 2 ， 4 ， 8 分鐘，他們的優先數分別爲 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 （ 1 爲最低優先數）。對下面的各種調度算法，分別計算作業的平均週期時間。
（ 1 ）最高優先級優先
（ 2 ）短作業優先

8 ．假定某系統當時的資源分配圖如圖 3-2 所示：

（ 1 ）分析當時系統是否存在死鎖。
（ 2 ）若進程 P 3 再申請 R 3 時，系統將發生什麼變化，說明原因。

解： (1) 因爲當時系統的資源分配圖中不存在環路．所以不存在死鎖。
　　(2) 當進程 P 3 申請資源 R 3 後，資源分配圖中形成環路 P 2 → R 2 → P 3 → R 3 → P 2 ，而 R 2 ,R 3 都是單個資源的類，該環路無法消除，所以進程 P 2 ， P 3 永遠處於等待狀態．從而引起死鎖。

9 ．若系統有同類資源 m 個，供 n 個進程共享，試問：當 m>n 和 m ≤ n 時，每個進程最多可以申請多少個這類資源而使系統一定不會發生死鎖？

解：設每個進程申請該類資源的最大量爲 x 個，則只要不等式 n(x-1)+1 ≤ m 成立，系統一定不會發生死鎖。因爲最壞情況下，每個進程都已獲得 x-1 各資源，則 n 個進程共獲得 n(x-1) 個資源，而不等式 n(x-1)+1 ≤ m 表示每個進程都已獲得 x-1 各資源後，系統仍有可分配的資源，這樣，至少有一個進程可以得 到全部資源，從而能執行完成，它完成後釋放的資源又可使其它進程執行完成。
解不等式 n(x-1)+1 ≤ m ， 可得 x ≤ 1+(m-1)/n
於是可得

X=1  當 m ≤ n
X=1+[(m-1)/n]  當 m>n

10 ．設系統中僅有一類數量爲 M 的獨佔資源，系統中 N 個進程競爭該類資源，其中各進程對該類資源的最大需求量爲 W 。當 M 、 N 、 W 分別取下列值時，試判斷哪些情況可能會發生死鎖？哪些情況不可能發生死鎖？爲什麼？
① M=2, N=2, W=1 ② M=3, N=2, W=2 ③ M=3, N=2, W=3
④ M=5, N=3,W=2 ⑤ M=6, N=3, W=3
解： M 、 N 、 W 滿足關係式 N(W-1)<M （ 或 N(W-1)+1 ≤ M ） 時 ， 不會發生死鎖。
用上述關係式判斷，可知①、②、④三種情況不會發生死鎖；而③、⑤兩種情況可能會發生死鎖。

12 ．在單處理機系統中，有多個進程運行：一些以計算爲主，一些以輸入 / 輸出爲主。如何賦予進程佔有處理器的優先級才能提高系統的效率，使系統的平均週轉時間減少？
答：若計算型進程的優先級高於 I/O 型進程的優先級，計算型進程一旦佔有了 CPU 便忙於計算，使 I/O 型進程得不到運行的機會，導致 I/O 設備空閒，達不到 CPU 與 I/O 操作並行的目的；多個 I/O 型進程在系統中停留時間增加，系統的平均週轉時間增加。
若 I/O 型進程的優先級高於計算型進程的優先級，當它完成一項 I/O 操作後，便能立即獲得 CPU ，爲下 次 I/O 作準備工作，並啓動外設。當設備被啓動後，它便主動交出 CPU ，由系統將 CPU 分配給計算型進程，從而使 CPU 與 I/O 設備並行操作，獲得較好的運行效率。
因此，應賦予以 I/O 爲主的進程更高的優先級。