1、一 同步与互斥问题,分析题意，确定同步、互斥或同步与互斥问题。 设信号量，给出信号量表示的含义（公用，私用）和初始值。 描述算法，注意死锁问题。,把一个长度为n的有界缓冲区(n0)与一群生产者进程P1，P2，Pm和一群消费者进程C1，C2，Ck联系起来,3.6.4 生产者消费者问题,设生产者进程和消费者进程是互相等效的，其中，各生产者进程使用的过程deposit(data)和各消费者使用的过程remove(data)可描述如下： 1. 首先生产者消费者问题是一个同步问题。即生产者和消费者之间满足如下条件：1)消费者想接收数据时，有界缓冲区中至少有一个单元是满的2)生产者想发送数据时，有界缓冲区
2、中至少有一个单元是空的 2. 由于有界缓冲区是临界资源，因此，各生产者进程和各消费者进程之间必须互斥执行。,3.6.4 生产者消费者问题,公用信号量mutex，保证生产者进程和消费者进程之间的互斥，表示可用有界缓冲区的个数，初值为1； 信号量avail为生产者进程的私用信号量，表示有界缓冲区中的空单元个数，初值为n； 信号量full为消费者进程的私用信号量，表示有界缓冲区中非空单元个数，初值为0。 从而有：,3.6.4 生产者消费者问题,deposit(data)：beginP(avail)P(mutex)送数据入缓冲区某单元V(full)V(mutex)End,remove(data)：be
3、ginP(full)P(mutex)取缓冲区中某单元数据V(avail)V(mutex)end,3.6.4 生产者消费者问题,哲学家就餐问题,有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心粉，每人面前有一只空盘子，每两人之间放一只筷子 每个哲学家的行为是思考，感到饥饿，然后吃通心粉 为了吃通心粉，每个哲学家必须拿到两只筷子，并且每个人只能直接从自己的左边或右边去取筷子,设fork5为5 个信号量，初值为均1, forki 表示i号筷子被拿（i= 0， 1， 2， 3， 4） Philosopheri： while (1) 思考；P(forki); P(fork(i+1) % 5)；进食；V(fo
4、rki); V(fork(i+1) % 5)； ,解,以上解法会出现死锁，为防止死锁发生可采取的措施： 最多允许4个哲学家同时坐在桌子周围 仅当一个哲学家左右两边的筷子都可用时，才允许他拿筷子 给所有哲学家编号，奇数号的哲学家必须首先拿左边的筷子，偶数号的哲学家则反之。,分 析,设fork5为5 个信号量, 初值为均1， forki 表示i号筷子被拿设信号量S ，初值为4S用于封锁第5个哲学家,无死锁哲学家就餐问题 解1,Philosopheri： while (1) 思考；P(S)P(forki); P(fork(i+1) % 5)；进食；V(forki); V(fork(i+1) % 5)
5、；V(S) ,设fork5为5 个信号量，初值为均1， forki 表示i号筷子被拿,无死锁哲学家就餐问题 解2,Philosopheri： Begin if i mod 2 = 0 then 思考；P(forki); P(forki+1 mod 5)；进食；V(forki); V(forki+1mod 5)； ,else 思考；P(forki+1 mod 5); P(forki)；进食；V(forki+1 mod 5); V(forki)； ,二 作业调度,画表格计算周转时间和带权周转时间 给出作业（进程）调度序列 计算平均周转时间和平均带权周转时间,4.4 调度算法,思想：按作业和就绪进程
6、来到的次序进行调度。这种算法优先考虑在系统中等待时间最长的作业，而不管它要求运行时间的长短。 优点：算法简单，公平，容易实现 缺点：对于短作业或短进程，等待时间长,作业调度算法FCFS（First come first serve）,4.4 调度算法,作业调度算法FCFS,下面是4个作业在系统中从提交、运行的信息。,平均周转时间：T=1.725 平均带权周转时间W=6.875,8,10,10.5,10.6,10,10.5,10.6,10.8,2,2,1.6,1.3,1,4,16,6.5,4.4 调度算法,思想：比较作业缓冲区中的作业预计的运行时间，选择预计时间最短的作业进入运行状态。 优点：算
7、法简单，可得到最大系统吞吐率，效率高。 缺点：主要问题是对长作业不利，如果系统不断地接收短作业，就会使长作业长时间等待。,短作业优先算法SJF （shortest job first）,4.4 调度算法,短作业优先算法SJF,平均周转时间：T=1.55 平均带权周转时间W=5.15,8,10.3,10,10.1,10,10.8,10.1,10.3,2,2.3,1.1,0.8,1,4.6,11,4,4.4 调度算法,响应比=响应时间/预计执行时间 响应时间=等待时间+预计执行时间 所以响应比为：1+作业等待时间/预计执行时间 思想：当需要从就绪队列中选择进程投入运行时，先计算每个进程的响应比，选
8、择响应比最高的进程运行 优点：短作业响应比高，执行时间短；长作业响应比随着等待时间增加而提高，不会过长等待。既照顾了短作业、也考虑到了长作业。 缺点：每次调度前计算响应比增加了系统开销。,最高响应比优先HRN（highest response-ratio next）,4.4 调度算法,平均周转时间：T=1.625 W=5.675,最高响应比优先HRN,8,10.1,10,10.6,10,10.6,10.1,10.8,2,2.1,1.1,1.3,1,4.2,11,6.5,三 地址映射,根据公式计算逻辑地址的页号和页内地址p=intA/L d=A mod L 根据页表查找页面号。 页面号乘以页长，
9、加上位移量（d）计算逻辑地址 多次计算直到找到数据、指令为止。,逻辑空间上的地址为：页号+页内地址，页内的地址空间是连续的，页之间不必连续。,19,9,10,0,页号p,页内地址d,如果给定的逻辑地址是A，页面大小是L，则页 号p和页内地址d可以按以下公式求得：p=intA/L d=A mod L 例：逻辑地址100 页面大小 1k,5.4.1 页式管理的基本原理,5.4.2 静态页面管理,地址变换： 根据逻辑空间的页号，查找页表对应项找到对应的物理页面号，页面号乘以页长，加上位移量（页内地址）就是物理地址。每个作业的逻辑地址是连续的，重定位到内存空间后就不一定连续了。 变换过程全部由硬件地址
10、变换机构自动完成。,5.4.2 静态页面管理,地址变换：,请求表中读出,MOV r1，2500 虚地址为100,8*1024+452=8644,四 页面置换,根据引用页面序列画出页面置换图 给出被置换页面序列，调入内存页面序列 计算缺页次数，缺页率，命中率,5.4.4 请求页式管理的置换算法,先进先出算法(FIFO- First Input First Output）,先进入内存的页面先淘汰。 优点：实现简单。 缺点：常用的页会被淘汰。,缺页率15/20=75%,Belady现象：分配给一个进程的页面增加，反而出现缺页增加的现象,5.4.4 请求页式管理的置换算法,缺页率为9/12=75%,缺
11、页率=10/12=83.3%,原因是没有考虑页的执行顺序,5.4.4 请求页式管理的置换算法,最优淘汰算法（OPT-Optimal replacement algorithm）：是理想算法。系统预测作业将要访问的页面。淘汰预测不被访问或长时间后才被访问中的页面。,缺页率9/20=45%,几乎无法实现!,5.4.4 请求页式管理的置换算法,最近最久未使用页面淘汰法（LRU - Least Recently Used）：淘汰最近一段时间最久没访问的页面。缺点：每页设访问记录，每次更新，系统开销大。,缺页率12/20=60%,五 死锁避免,先验证系统初始状态的安全性，找出安全序列。 根据申请资源情况
12、，结合剩余资源检查申请合理性。 验证分配后系统安全性，给出安全序列，否则不能分配资源给相应进程。,银行家算法实例,假定系统有四个进程P1,P2,P3,P4,三种类型的资源R1,R2,R3,数量分别为9，3，6，在T0时刻的资源分配情况如下：,验证T0时刻的安全性,分析：1. 四进程执行状态都是未完成，Finish=false2. 找Pi，其需要的资源need=有效资源work3. 当前的work=1/1/2，need P1 P2 P3 P4 (2/2/2), (1/0/2), (1/0/3), (4/2/0) 4. 找到P2满足条件，如果让P2运行结束，,验证T0时刻的安全性,存在运行序列：P
13、2,P1,P3,P4,0/1/0,0/0/0,6/1/3,true,6/2/3,6/2/3,4/0/1,0/0/0,3/2/2,7/2/3,7/2/3,6/2/0,0/0/0,true,true,true,0/0/0,3/1/4,9/3/4,9/3/4,5/1/4,4/2/2,9/3/6,P2请求资源1，0，1,现在P2请求资源1/0/1，按照银行家算法检查： Request21/0/1=Need21/0/2 Request21/0/1=Available21/1/2 假定可以分配，修改Available, Allocation, Need,进行安全性检查,验证P2分配资源后的安全性,存在运行
14、序列：P2,P1,P3,P4,0/1/0,0/0/0,6/1/3,true,6/2/3,6/2/3,4/0/1,0/0/0,3/2/2,7/2/3,7/2/3,6/2/0,0/0/0,true,true,true,0/0/0,3/1/4,9/3/4,9/3/4,5/1/4,4/2/2,9/3/6,P1请求资源1/0/1，按照银行家算法检查： Request11/0/1 Available10/1/1 条件不满足，不能分配，让P1等待。,P1请求资源1，0，1,P3请求资源0，0，1,现在P3请求资源0/0/1，按照银行家算法检查： Request30/0/1=Need31/0/3 Reques
15、t30/0/1=Available30/1/1 假定可以分配，修改Available, Allocation, Need,进行安全性检查,P3分配资源后的安全性,分析：四进程执行状态都是未完成，Finish=false 找Pi，其需要的资源need=当前的work=0/1/0 进程的need P1 P2 P3 P4(2/2/2), 0/0/1), (1/0/2), (4/2/0) 找不到满足条件的Pi,因此资源P3不能分配本次资源，回退。,P2请求资源1，0，1,现在P2请求资源1/0/1，按照银行家算法检查： Request21/0/1=Need21/0/2 Request21/0/1=Available21/1/2 假定可以分配，修改Available, Allocation, Need,
