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软考中级软件设计师——操作系统考试题型

news 2025/10/31 17:24:06

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：

缓冲区大小为10，满时P1等待，空时P2/P3等待；
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：
- empty和full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：

计算各进程仍需资源：
- P1需(2,2)，P2需(2,2)，P3需(1,1)。
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	1	2	3	4	1	2	5	1	2	3
块1	1	1	1	4	4	4	5	5	5	3
块2		2	2	2	1	1	1	1	1	1
块3			3	3	3	2	2	2	2	2
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	1	2	3	4	1	2	5	1	2	3
块1	1	1	1	4	1	1	5	1	1	3
块2		2	2	2	2	2	2	2	2	2
块3			3	3	3	3	3	5	5	5
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：

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。
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
P1	0	5
P2	1	3
P3	2	2
使用短作业优先（SJF）算法计算平均等待时间。

答案与解析：

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）。
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。