北航操作系统课程-第二次作业-操作系统引论2

北航操作系统课程-第二次作业-操作系统引论2

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北京航空航天大学计算机学院-2020春操作系统课程
题目作者为北航计算机学院操作系统课程组，答案为博主原创。水平有限，无法保证作答正确性，如有错误敬请批评指正。部分作答源自百度谷歌等其他资料，如有侵权联系删除

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1 设一计算机系统有输入机一台、打印机两台，现有二道程序同时投入运行，且程序B先开始运行，程序A后运行。程序A的运行轨迹为：计算50ms，打印信息80ms，再计算50ms ，打印信息100ms，结束。程序B运行的轨迹为：计算50ms，输入数据60ms，再计算100ms，结束。要求：

1. 用图画出这二道程序并发执行时的工作情况。
2. 说明在二道程序运行时，CPU有无空闲等待？若有，在哪段时间内等待？为什么会空闲等待？
3. 程序A、B运行时有无等待现象？在什么时候会发生等待现象？

二道程序的执行过程如图所示：

由图像可知，程序运行时，CPU在第100ms~110ms的时间段内空闲。此时程序B正在输入数据，而程序A正在打印信息，CPU在空闲等待两程序再次调用其进行计算。

程序B运行过程中无等待，程序A发生两次等待，第一次是B刚开始占用CPU进行计算，A等待；第二次是A完成第一次打印信息后B还在占用CPU进行计算，按照无抢占的先来先服务原则，A此时等待。

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2 在单CPU和两台I/O设备（ $I_1$， $I_2$）的多道程序设计环境下，同时投入3个作业 $J_1$ ， $J_2$ 和 $J_3$ 运行，其对CPU和I/O设备使用的顺序与时间如下：

• $J_1$: $I_2$(30ms) → CPU(10ms) → $I_1$(30ms) → CPU(10ms) → $I_2$(20ms)
• $J_2$: $I_1$(20ms) → CPU(20ms) → $I_2$(40ms)
• $J_3$: CPU(30ms) → $I_1$(20ms) → CPU(10ms) → $I_1$(10ms)

假定CPU和I/O设备能够并行， $I_1$ 和 $I_2$ 能够并行。作业优先级 $J_1 < J_2 < J_3$ ，高优先级作业可抢占低优先级作业的CPU，但不能抢占I/O 设备。问题：

1. 分别求出3个作业的turnaround时间（wall-clock时间）
2. 计算CPU的利用率（计算时间/(计算时间+空闲时间)）
3. 计算I/O设备的利用率（工作时间/(工作时间+空间时间)）

根据题目所述的规则，这三个程序的执行以及设备的运行状态如下图所示：

三个作业的turnaround时间分别为： $J_1: \space 130ms, \space J_2: \space 90ms, \space J_3: \space 70ms$ 。

CPU的利用率： $\eta = 80 \div 130 = 61.5\%$ 。

I/O设备利用率： $I_1$ 利用率： $\eta_{I_1} = 80\div 130=61.5\%$ , $I_2$ 利用率： $\eta_{I_2} = 90\div 130=69.2\%$ 。

注：对于CPU和IO设备而言，他们在完成各自的最后一个任务之后，整个系统的工作还没有结束，因此最后的一段时间里他们还处于空闲的状态，这一段时间从整个系统而言仍然要算作空闲，因此计算CPU与IO设备利用率的时候，分母都是整个系统工作的时间130ms。

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本次作业两道题目的画图是由excel完成的，系博主原创，原文件资源见附件。