操作系统课后习题解析：CPU利用率与并发执行分析

"该资源是一份关于操作系统课程的第四版教材课后习题答案，由孙忠秀编著，出版于高等教育出版社。" 在操作系统的学习中，了解如何管理和优化CPU的利用率以及理解并发执行的机制是非常重要的知识点。下面将详细讨论这些内容： 1. CPU利用率与内存管理 当计算机内存有限时，操作系统需要合理分配内存以提高CPU的利用率。题目中提到，原本的计算机有2MB内存，操作系统占用200KB，每个用户进程同样占用200KB。因此，除去操作系统占用的空间，可以同时运行4个用户进程。因为用户进程平均80%的时间在等待I/O操作，所以CPU的利用率是1 - (80%)^4 = 0.59，即59%。 增加1MB内存后，系统可以同时处理9个用户进程。同样考虑到80%的I/O等待时间，新的CPU利用率是1 - (1-80%)^9 = 0.87，即87%。因此，增加内存使CPU利用率提升了47%（87% - 59% = 28%，相对于原来的100%利用率，提升为47%）。 2. 并发执行与CPU空闲等待 在并发执行的环境中，多个程序可以交替使用CPU资源。题目中的程序A和程序B展示了这种情况。程序A的执行流程包括计算和打印，而程序B则包含计算、输入和更多的计算。当程序A在打印时，CPU会空闲，因为打印是I/O操作，不涉及CPU；同样，当程序B在输入时，CPU也会空闲，因为输入也是I/O操作。在这种情况下，CPU的空闲时间发生在100ms到150ms之间。 对于程序A和B来说，程序A没有等待CPU的情况，因为它在计算时能充分利用CPU资源。然而，程序B在180ms到200ms之间存在等待CPU的情况，因为在这个时间段，它完成了计算，正在等待输入操作的完成。 3. 多道程序设计的时间关系及调度 三道程序按照A、B、C的优先级运行时，多道程序设计有两种情况：抢占式和非抢占式。在抢占式调度中，高优先级的程序可以中断低优先级程序的执行，这通常会导致更高的系统效率。例如，抢占式调度共用时190ms，而单道运行需要260ms，节省了70ms。非抢占式调度则允许程序按照先来先服务的原则连续执行，直到完成，所以总用时会更短，如题目所述的180ms。 考虑到处理器调度程序的切换时间（每次1ms），在实际的多道程序运行中，这个时间也需要计入总运行时间。这会增加程序状态转换的复杂性，但总体上，多道程序设计仍然是提高系统效率的有效手段，因为它能更好地利用CPU资源并减少等待时间。 通过以上分析，我们可以看到操作系统如何通过内存管理、并发执行和调度策略来优化系统性能，并理解这些概念在实际问题中的应用。这些知识对于理解和设计高效的操作系统至关重要。