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软考中级软件设计师——操作系统考试题型

一、PV操作与进程同步(必考大题)

1. 真题示例(2020年真题)

题目
三个进程P1、P2、P3共享一个缓冲区,P1生产数据放入缓冲区,P2和P3消费数据。要求:

  1. 缓冲区大小为10,满时P1等待,空时P2/P3等待;

  2. P2和P3不能同时消费同一数据。
    请用PV操作实现同步。

答案与解析

semaphore empty = 10;   // 缓冲区空槽数  
semaphore full = 0;     // 缓冲区数据数  
semaphore mutex1 = 1;   // 生产者互斥锁(P1)  
semaphore mutex2 = 1;   // 消费者互斥锁(P2/P3)  // 生产者P1  
void P1() {  while(1) {  生产数据();  P(empty);       // 申请空槽  P(mutex1);  放入缓冲区();  V(mutex1);  V(full);        // 增加数据数  }  
}  // 消费者P2/P3  
void P2() {  while(1) {  P(full);        // 申请数据  P(mutex2);      // 互斥消费  取出数据();  V(mutex2);  V(empty);       // 释放空槽  消费数据();  }  
}  

解析

  • 信号量设计

    • emptyfull控制缓冲区空满状态。

    • mutex1保护生产者操作缓冲区的互斥性。

    • mutex2确保消费者(P2/P3)互斥消费。

  • 易错点

    • 若消费者未加互斥锁,可能导致多个消费者同时取出同一数据。


二、死锁与银行家算法(高频计算题)

1. 题目
系统资源总数A=9,B=6,当前分配如下:
进程已分配(A,B)最大需求(A,B)
P1(2,1)(4,3)
P2(3,2)(5,4)
P3(1,1)(2,2)
当前剩余资源:A=3, B=2。
判断系统是否处于安全状态,并给出安全序列。

答案与解析

  1. 计算各进程仍需资源

    • P1需(2,2),P2需(2,2),P3需(1,1)。

  2. 模拟分配过程

    • Step 1:剩余资源(3,2)可满足P3需求 → 分配后释放P3资源,剩余资源变为(3+1,2+1)=(4,3)。

    • Step 2:剩余资源(4,3)可满足P1需求 → 分配后释放P1资源,剩余资源变为(4+2,3+1)=(6,4)。

    • Step 3:剩余资源(6,4)可满足P2需求 → 安全序列为 P3→P1→P2
      结论:系统安全,存在安全序列。


三、页面置换算法(计算缺页次数)

1.题目
页面访问序列:1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,物理块数为3。
分别计算FIFO和LRU算法的缺页次数。

答案与解析
FIFO算法

访问页1234125123
块11114445553
块2222111111
块333322222
缺页标记:✔️✔️✔️✔️✔️✔️✔️✔️
缺页次数:8次(替换顺序1→2→3→4→5→1→2→3)。

LRU算法

访问页1234125123
块11114115113
块2222222222
块333333555
缺页标记:✔️✔️✔️✔️✔️✔️✔️
缺页次数:7次(替换顺序3→4→5→3)。

解析

  • FIFO:淘汰最早进入的页面,注意Belady异常(物理块增加时缺页可能增多)。

  • LRU:淘汰最近最久未使用的页面,需记录访问时间戳或使用栈结构。


四、磁盘调度算法(计算寻道时间)

1. 题目
当前磁头位于100号磁道,请求队列:45, 83, 62, 120, 20。
使用SCAN(电梯算法)计算总移动磁道数。

答案与解析

  1. 排序请求队列:初始方向假设为磁道号增大方向。

    • 当前磁道100 → 请求队列排序为:120, 83, 62, 45, 20。

  2. 移动路径

    • 100 → 120(移动20)→ 83(移动37)→ 62(移动21)→ 45(移动17)→ 20(移动25)。

    • 总移动磁道数:20 + 37 + 21 + 17 + 25 = 120

关键点

  • SCAN算法先服务同一方向所有请求,再反向扫描。

  • 若初始方向为减小方向,路径为100→20→45→62→83→120,总移动数可能不同。


五、进程调度算法(计算平均等待时间)

1. 题目
进程到达时间和运行时间如下:
进程到达时间运行时间
P105
P213
P322
使用短作业优先(SJF)算法计算平均等待时间。

答案与解析

  1. 调度顺序

    • 0时刻:只有P1到达,执行P1(0~5)。

    • 5时刻:P2和P3均已到达,选择运行时间短的P3(5~7)。

    • 7时刻:执行P2(7~10)。

  2. 等待时间

    • P1:0(无需等待)。

    • P2:7-1=6(到达时间1,开始时间7)。

    • P3:5-2=3(到达时间2,开始时间5)。

    • 平均等待时间:(0 + 6 + 3)/3 = 3

关键点

  • SJF是非抢占式算法,需等待当前进程执行完毕再选择下一个最短作业。


六、高频易错点总结

  1. PV操作顺序

    • 同步信号量(如empty)必须在互斥信号量(如mutex)之前申请,否则可能死锁。

  2. 银行家算法安全序列

    • 必须按步骤模拟分配,不可跳跃。

  3. Belady异常

    • 仅FIFO算法可能出现物理块增加时缺页次数反而增多。

http://www.xdnf.cn/news/562591.html

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