操作系统原理：多道程序运行与CPU利用率计算

在本篇关于操作系统原理的复习题中，主要涉及两个核心知识点： 1. **多道程序运行与CPU利用率分析** - 题目要求我们考虑一个内存中有三个程序A、B、C，它们按照A、B、C的顺序执行，每个程序包括计算时间和I/O操作时间。首先，我们需要理解单道运行和多道运行的概念。在单道运行中，每个程序依次执行，没有并发，CPU完全被一个程序占用。而在多道运行或时间片轮转调度中，多个程序可以同时在CPU上执行，尽管实际上是交替进行的。 - 时间关系图的绘制：需要根据给出的数据，分别画出单道运行时每个程序的总执行时间（计算+I/O），以及在多道运行中，由于I/O操作可能需要设备独占，因此可能会存在等待时间。在多道运行中，由于程序之间可以并行处理，CPU的利用率会提高。 - 计算完成时间：在单道运行中，计算每个程序的总时间，然后相加得出总完成时间。在多道运行中，由于可能存在I/O阻塞，需要计算每个阶段的平均CPU使用率，以此估算总的执行时间。 - CPU利用率：在多道运行中，可以通过比较单道运行总时间与多道运行总时间来计算CPU的利用率。理想情况下，如果所有程序都能充分利用CPU，CPU利用率会接近100%。 2. **信号量与进程同步** - 第二部分题目关注的是进程之间的同步与互斥问题，具体是通过P-V操作实现文件打印过程中的正确协作。进程P1负责从磁盘读取记录到缓冲区1，P2负责将缓冲区1的内容复制到缓冲区2，P3负责打印缓冲区2的内容。这里的关键在于，需要确保数据的完整性和一致性，即在读写操作之间使用信号量（P-V操作）来控制对缓冲区的访问。 - P操作（P(empty1)）表示对资源（空缓冲区）的请求，V操作（V(full1)）则释放资源。当缓冲区满时，进程P2和P3会阻塞直到P1释放资源；当缓冲区空时，进程P1会等待直到其他进程释放。 - 这部分的内容强调了操作系统中同步原语在避免死锁和饥饿问题中的作用，以及如何通过并发控制确保并发进程之间的正确交互。 这部分习题涵盖了操作系统中多道程序设计、CPU调度和进程间通信与同步的基本概念，旨在考察学生对于操作系统原理的理解和应用能力。通过解决这些问题，学生可以深化对操作系统内核如何管理和协调并发进程、优化资源利用的理解。