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银行家算法

解题思路:

页面置换算法：【例题1】在一个分页虚拟存储管理系统中，一个程序的页面走向为4，3，2，1，4，3，5，4，3，2，1，5。利用最久最近未使用算法： (1) 当分配给程序3个存储块时，求出程序的页面中断的次数 (2) 当分配给程序4个存储块时，求出程序的页面中断的次数注：在大部分情况下虽然题目没有指明，但基本默认缺页中断的判断规则是：每调进一个新页，产生一次页面中断。解(1)：分配给该作业的物理块数M=3时，页面置换情况如下表所示。

综上表可知：缺页中断的次数为10 详细的分析请参见文末。解(2)：分配给该作业的物理块数M=3时，页面置换情况如下表所示。

综上表可知：缺页中断的次数为8 详细的分析请参见文末。【例题2】在一个分页虚拟存储管理系统中，一个程序的页面走向为2，4，1，2，5，0，6，3，0，4，2，3，设分配给该程序的存储块数M=3，每调进一个新页就发生一次缺页中断。当分别采用最佳置换算法、先进先出置换算法和最近最久未使用算法时，求缺页的次数和缺页中断率。求物理/逻辑地址

某虚拟存储器的用户编程空间共32个页面，每页为1KB，内存为16KB。假定某时刻一用户页表中已调入内存的页面的页号和物理块号的对照表如下表，求逻辑地址357所对应的物理地址为？2456所对应的物理地址为？

页号 = 有效地址÷每页字节数（页号=商，页内偏移量=余数）
块号：对应页号找表中的物理块号
块长：每页字节数
地址转换公式：物理地址 = 块号×块长+块内地址(页内偏移量)

357：357÷1024=0…357 页号=0 页内偏移量=357
357所对应的物理地址：5*1024+357=5477
2456：2456÷1024=2…408 页号=2 业内偏移量=408
2456所对应的物理地址：4*1024+408=4504

中断：

问题：中断在操作系统中的作用是什么？ A. 允许用户输入命令（错误） B. 允许操作系统响应外部事件（正确） C. 管理存储器的层次结构（错误） D. 控制进程的执行（错误）存储器层次：

问题：存储器层次结构的主要目的是什么？ A. 减少系统的能耗（错误） B. 提高系统的可靠性（错误） C. 减少系统的体积（错误） D. 利用不同速度和成本的存储器来平衡性能和成本（正确）缺页次数：

问题：在虚拟内存系统中，缺页次数通常用来衡量什么？ A. 系统的可靠性（错误） B. 系统的响应时间（错误） C. 系统的CPU利用率（错误） D. 页面置换算法的有效性（正确）

页面置换算法：

最佳置换算法（OPT，Optimal):每次选择淘汰的页面将是以后永不使用，或者在最长时间内不再被访问的页面，这样可以保证最低的缺页率。
先进先出页面置换算法（FIFO):每次选择淘汰的页面是最早进入内存的页面

缺页数：10

置换次数：5

淘汰页面：1，2，3，4，5

缺页率：10/20=50%

LRU置换算法：选择最近最久未使用的页面予以淘汰

考虑下述页面走向： 1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6，当分配的内存块数量为5时，试画出LRU、FIFO这两种置换算法的页面置换图，求置换的次数，产生了多少次缺页中断，产生缺页中断后依次淘汰的页是哪些，并计算出它们的缺页率。缺页数：8

置换次数：3

淘汰页面：3，4，5

缺页率：8/20=40%

eg:

平均周转：
- 问题：平均周转时间是指什么？
- A. 进程在就绪队列中等待的时间（错误）
- B. 进程在CPU上执行的时间（错误）
- C. 从进程提交到开始执行的时间（错误）
- D. 从进程到达开始到完成为止的平均时间（正确）
分段物理地址：
- 问题：在分段存储管理中，物理地址由什么组成？
- A. 页号 + 页内偏移量（错误）
- B. 段号 + 段内偏移量（正确）
- C. 段号 + 页号 + 段内偏移量（错误）
- D. 物理段号 + 逻辑段号（错误）
分页物理地址：
- 问题：在分页存储管理中，物理地址由什么组成？
- A. 段号 + 段内偏移量（错误）
- B. 页号 + 页内偏移量（正确）
- C. 页号 + 段号 + 页内偏移量（错误）
- D. 逻辑地址 + 页内偏移量（错误）
伙伴系统：
- 问题：伙伴系统是一种什么机制？
- A. 磁盘调度算法（错误）
- B. 文件系统结构（错误）
- C. 内存分配算法（正确）
- D. 进程通信方式（错误）
内存访问次数：
- 问题：在虚拟内存系统中，内存访问次数通常指的是什么？
- A. 页面置换次数（正确）
- B. 磁盘I/O次数（错误）
- C. CPU指令执行次数（错误）
- D. 内存条的读写次数（错误）
不可抢占资源：
- 问题：不可抢占资源的特点是什么？
- A. 可以被多个进程共享（错误）
- B. 可以被抢占（错误）
- C. 只能在一个进程中使用（正确）
- D. 可以在多个线程中使用（错误）
死锁的必要条件：
- 问题：死锁发生的四个必要条件是什么？
- A. 互斥、占有和等待、不可剥夺、循环等待（正确）
- B. 共享、占有和等待、可剥夺、循环等待（错误）
- C. 互斥、占有和等待、可剥夺、非循环等待（错误）
- D. 共享、占有和等待、不可剥夺、非循环等待（错误）
处理死锁方法：
- 问题：操作系统如何处理死锁？
- A. 预防、避免、检测与解除（正确）
- B. 预防、检测、解除、恢复（错误）
- C. 避免、检测、预防、恢复（错误）
- D. 预防、避免、恢复、解除（错误）
死锁的充分条件：
- 问题：死锁的充分条件是什么？
- A. 互斥、占有和等待、不可剥夺、循环等待（正确）
- B. 共享、占有和等待、不可剥夺、循环等待（错误）
- C. 互斥、占有和等待、可剥夺、非循环等待（错误）
- D. 共享、占有和等待、可剥夺、非循环等待（错误）
调度算法目标：
- 问题：进程调度算法的主要目标是什么？
- A. 公平性、高效性、响应性、稳定性（正确）
- B. 公平性、响应性、稳定性、安全性（错误）
- C. 高效性、响应性、稳定性、安全性（错误）
- D. 公平性、高效性、稳定性、可靠性（错误）
终止进程：
- 问题：进程终止通常是由什么原因引起的？
- A. 进程执行完毕（正确）
- B. 进程被抢占（错误）
- C. 进程收到中断信号（错误）
- D. 进程主动请求终止（正确）
进程控制块：
- 问题：进程控制块（PCB）的主要作用是什么？
- A. 存储进程的代码和数据（错误）
- B. 描述进程的执行状态（正确）
- C. 管理进程的输入输出（错误）
- D. 实现进程的同步和通信（错误）
进程号：
- 问题：进程号用于什么？
- A. 唯一标识一个进程（正确）
- B. 表示进程的优先级（错误）
- C. 存储进程的执行状态（错误）
- D. 管理进程的内存分配（错误）
时间片：
- 问题：在时间片轮转调度中，时间片的作用是什么？
- A. 限制进程在CPU上的执行时间（正确）
- B. 表示进程的优先级（错误）
- C. 存储进程的执行状态（错误）
- D. 实现进程的同步和通信（错误）
进程状态：
- 问题：进程可能处于哪些状态？
- A. 新建、就绪、运行、阻塞（正确）
- B. 运行、阻塞、结束、挂起（错误）
- C. 新建、运行、结束、挂起（错误）
- D. 就绪、运行、阻塞、挂起（错误）
进程与线程：
- 问题：进程与线程的主要区别是什么？
- A. 进程是资源分配的基本单位，线程是执行的基本单位（正确）
- B. 进程和线程都是资源分配的基本单位（错误）
- C. 进程和线程都是执行的基本单位（错误）
- D. 进程是执行的基本单位，线程是资源分配的基本单位（错误）
原语：
- 问题：原语是操作系统中用于什么的基本操作？
- A. 实现进程同步（正确）
- B. 管理文件系统（错误）
- C. 控制输入输出设备（错误）
- D. 实现用户界面交互（错误）
程序与进程：
- 问题：程序与进程的主要区别是什么？
- A. 程序是静态的代码集合，进程是动态的执行过程（正确）
- B. 程序和进程都是静态的代码集合（错误）
- C. 程序和进程都是动态的执行过程（错误）
- D. 程序是动态的执行过程，进程是静态的代码集合（错误）
创建新进程：
- 问题：创建新进程通常涉及哪些操作？
- A. 分配新的内存空间（正确）
- B. 复制父进程的内存空间（错误）
- C. 重用旧进程的内存空间（错误）
- D. 创建新的文件系统（错误）
操作系统功能：
- 问题：操作系统的基本功能包括哪些？
- A. 管理资源、提供用户接口、执行程序（正确）
- B. 管理文件、提供网络服务、执行程序（错误）
- C. 管理资源、提供网络服务、执行命令（错误）
- D. 管理文件、提供用户接口、执行命令（错误）
设计批处理系统目标：
- 问题：设计批处理系统的目标通常包括哪些？
- A. 提高资源利用率、简化作业管理（正确）
- B. 提高网络通信效率、简化作业管理（错误）
- C. 提高资源利用率、增强用户交互性（错误）
- D. 增强用户交互性、简化作业管理（错误）
分段机制硬件支持：
- 问题：分段机制需要哪些硬件支持？
- A. 分页机制（错误）
- B. 段表机制（正确）
- C. 索引机制（错误）
- D. 直接寻址机制（错误）
分页机制硬件支持：
- 问题：分页机制需要哪些硬件支持？
- A. 段表机制（错误）
- B. 分页机制（正确）
- C. 索引机制（错误）
- D. 直接寻址机制（错误）
并发：
- 问题：并发是指什么？
- A. 多个进程或线程同时进行（正确）
- B. 多个进程或线程依次进行（错误）
- C. 单个进程或线程的执行（错误）
- D. 操作系统的多任务处理能力（错误）
分段段长的最大值：
- 问题：在分段存储管理中，段长的最大值受什么限制？
- A. 可用内存大小（正确）
- B. 页的大小（错误）
- C. 段表的大小（错误）
- D. 逻辑地址的大小（错误）
常规存储器管理特征：
- 问题：常规存储器管理的特征包括哪些？
- A. 程序的连续性、静态分配（正确）
- B. 程序的非连续性、动态分配（错误）
- C. 程序的连续性、动态分配（错误）
- D. 程序的非连续性、静态分配（错误）
虚拟管理特征：
- 问题：虚拟存储管理的特征包括哪些？
- A. 动态分配、多级存储（正确）
- B. 静态分配、单级存储（错误）
- C. 动态分配、单级存储（错误）
- D. 静态分配、多级存储（错误）
现代操作系统基本特征：
- 问题：现代操作系统的基本特征包括哪些？
- A. 多任务、多用户、图形界面（正确）
- B. 单任务、单用户、命令行界面（错误）
- C. 多任务、单用户、图形界面（错误）
- D. 单任务、多用户、命令行界面（错误）

应用题：

题目1: 虚拟地址访问时间计算

题目描述：给定页面大小、内存访问时间、TLB访问时间、缺页平均时间等参数，以及虚拟地址访问序列，计算访问每个虚拟地址所需的时间，并基于访问序列计算虚地址2362H的物理地址。

答案：

访问2362H时间 = TLB访问时间 + 页表访问时间 = 10ns + 100ns = 110ns
访问1565H时间 = TLB访问时间 + 页表访问时间 + 缺页处理时间 + 重新访问TLB时间 + 访问物理地址时间 = 10ns + 100ns + 108ns + 10ns + 100ns = 328ns
访问25A5H时间 = TLB访问时间 + 访问物理地址时间（因为TLB命中）= 10ns + 100ns = 110ns
虚地址2362H的物理地址 = 页帧号254H + 偏移量362H = 254362H

题目2: 逻辑地址到物理地址的转换

题目描述：计算机的逻辑地址空间和物理地址空间均为64KB，页的大小为1B，进程需要6页数据存储空间，操作系统采用固定分配局部置换策略为此进程分配4个页帧。给出访问情况表和时刻260时进程访问的逻辑地址，求逻辑页号和物理地址。

答案：

逻辑地址17CAH的逻辑页号 = 5（二进制0111）
使用FIFO置换算法，页号0被替换，页号5对应的物理页帧号是7。
物理地址 = 物理页帧号 + 偏移量 = 1FCAH

题目3: 进程访问逻辑地址的物理地址计算

题目描述：计算机的逻辑地址空间和物理地址空间均为512KB，页的大小为16KB，进程共5页。操作系统为进程分配3个页帧，采用固定分配局部置换策略。求访问特定逻辑地址的逻辑页号和物理地址。

答案：

逻辑地址163DFH的逻辑页号 = 5（二进制0110）
使用CLOCK置换算法，页号4被替换，页号5对应的物理页帧号是8。
物理地址 = 物理页帧号 + 偏移量 = 223DFH

题目4: 银行家算法安全序列判断

题目描述：给定进程的资源需求矩阵、资源分配矩阵和可用资源，判断系统是否处于安全状态，并给出安全序列。

答案：

根据提供的信息，系统处于安全状态。
安全序列为 P1 -> P2 -> P3 -> P4 -> P5。

题目5: 进程同步和互斥算法实现

题目描述：营业员和顾客的同步问题，使用信号量实现营业员叫号和顾客等待叫号的过程。

答案：

使用信号量 mutex 来保证互斥取号，初始值为1。
使用信号量 seets 表示空座数，初始值根据实际情况设定。
使用信号量 custom 表示顾客数，初始值根据实际情况设定。题目: 分页存储管理下的逻辑地址转换和置换算法应用。答案:
逻辑地址格式确定：5位页号，14位偏移量。
页的大小为16KB，地址空间为512KB，共19位地址。
访问逻辑地址163DFH：
- 对应逻辑页号为5。
- 使用CLOCK置换算法，时钟指针在逻辑页号2，淘汰页号4，页号5对应的物理页帧号是8。
- 物理地址计算：物理页帧号8 + 偏移量3DFH = 223DFH。

题目: 分页存储管理下的逻辑地址转换和FIFO置换算法应用。答案:

页的大小为1KB，地址空间为64KB，共16位地址。
逻辑地址17CAH的格式：6位页号，10位偏移量。
逻辑页号为5。
使用FIFO置换算法，淘汰最早装入的页号0，页号5对应的物理页帧号是7。
物理地址为1FCAH。

题目: 银行家算法在避免死锁中的应用。答案:

通过检查进程的请求是否满足安全条件，确定系统是否处于安全状态。
如果进程请求的资源小于等于需要的资源并且小于等于当前可用资源，则可以分配。
根据算法，确定是否可以安全地分配资源以及系统是否处于安全状态。

题目: 银行家算法中的资源分配和安全序列判断。答案:

分配资源前，检查进程请求是否不超过进程需求和可用资源。
如果安全，提供一个可能的安全序列。
对于特定请求，使用银行家算法的步骤判断是否可以分配资源。

题目: 使用信号量实现营业员和顾客的同步。答案:

使用信号量mutex实现互斥，初始值为1。
使用信号量seets表示空座数，初始值根据实际情况设定。
使用信号量custom表示顾客数，初始值为0。
营业员和顾客通过P(seets)、P(mutex)、V(mutex)、V(custom)操作实现同步。

题目: 银行家算法中的资源分配和系统安全性判断。答案:

根据进程的资源需求和当前资源分配，判断系统是否安全。
如果进程请求的资源可以被满足，且系统资源足够，考虑是否分配资源。
提供一个安全序列，如果存在。

题目: 银行家算法在系统资源分配中的应用。答案:

确定系统在特定时刻是否安全。
如果安全，给出安全序列。
对于进程的资源请求，使用银行家算法判断是否可以分配资源。

题目: 生产者-消费者问题中的同步机制。答案:

使用信号量mutex实现缓冲区的互斥访问，初始值为1。
使用信号量empty表示缓冲区空位，初始值根据缓冲区大小设定。
使用信号量full表示缓冲区满位，初始值为0。
生产者和消费者通过P(empty)、P(mutex)、V(mutex)、V(full)操作实现同步。

题目: 博物馆参观者进出控制。答案:

使用信号量mutex实现出入口的互斥控制，初始值为1。
使用信号量empty控制参观者数量，初始值为500。
参观者通过P(empty)、P(mutex)、V(mutex)、V(empty)操作实现同步。

题目: 读者-写者问题中的同步机制。答案:

使用信号量rmutex和wmutex实现读者和写者的互斥访问。
rcount变量用于记录正在阅读的读者数量。
读者和写者通过P(rmutex)、P(wmutex)、V(rmutex)、V(wmutex)操作实现同步。

题目: 银行家算法在资源分配中的应用。答案:

判断系统在特定时刻是否安全。
对于进程P1的资源请求，使用银行家算法判断是否可以分配资源，并解释原因。

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