【操作系统习题】就绪、阻塞、执行态用户进程数量分析

零、题目示例

一、题目分析

1.1 前提条件

1.1.1 条件一：不考虑短期的进程调度切换

1. 什么是“短期进程调度切换”？
   1. 调度器基于特定策略（如时间片耗尽等）​主动中断当前运行进程，将CPU分配给其他就绪进程的行为叫做“短期进程调度切换”
2. “不考虑短期进程调度切换”的含义
   1. 调度器不会主动剥夺正在运行进程的CPU使用权
   2. ​进程切换只能由进程自身行为触发(如进程主动换下CPU进入就绪队列或主动自我阻塞进入阻塞队列)

1.1.2 条件二：不考虑系统进程

1. 系统进程的含义
   1. 系统进程广泛地涵盖操作系统层面的所有管理型进程(非用户进程)
2. “不考虑系统进程”的含义
   1. 当就绪队列为空时，CPU空闲；
3. 实际中操作系统的执行情况
   1. 当就绪队列为空时，CPU执行系统进程；
   2. 系统进程中可执行如下语句:

while(1) {  //系统进程
	while( 就绪队列是否为空 );

	1.取出就绪队列的队头用户进程；
	2.利用调度器将自己换下CPU，将用户进程换上CPU并修改其状态为执行态;
}

1.2 数量词

1. m(m>1)个用户进程
2. 1个处理机

二、题目解答

2.1 就绪状态的用户进程最多几个，最少几个？

2.1.1 就绪状态的用户进程最多数量【重点】

1. 第零步：定义稳定的系统运行状态与不稳定的系统运行状态
   1. 不稳定的系统运行状态需满足如下两个条件：
      1. CPU空闲
      2. 就绪队列不为空
   2. 稳定的系统运行状态有以下两种
      1. 第一种
         1. CPU空闲
         2. 就绪队列为空
      2. 第二种
         1. CPU忙
         2. 就绪队列空与不空均可
   3. 【注意】不稳定状态一定是短暂存在的，最终系统运行状态均会趋于稳定状态，因此我们在做题时只考虑稳定状态！
2. 第一步
   1. CPU空闲，就绪队列为空，系统处于稳定运行状态。
3. 第二步
   1. 将第一个用户进程加入就绪队列。
4. 第三步【最容易产生问题】
   1. 完成第二步后，在极短时间里，就绪队列内用户进程数量由 0 个增加到 1 个，且此时CPU空闲，因此构成系统的不稳定运行状态。
5. 第四步
   1. 就绪队列中这个单独用户进程首先会被分配CPU资源，其运行状态被改为执行态，此时不稳定的系统运行状态条件被破坏，系统运行状态趋于稳定。
6. 第五步
   1. 此时CPU忙且就绪队列为空，系统处于稳定运行状态、因此后续的(m-1)个用户进程依次被加入就绪队列。
7. 综上，考虑所有前置条件，当系统处于稳定运行状态时，就绪状态的用户进程数量最多为 m-1 个

2.1.2 就绪状态的用户进程最少数量

1. 当所有 m 个用户进程均被阻塞时，CPU空闲，就绪队列为空，满足系统稳定运行状态。
2. 综上，考虑所有前置条件，当系统处于稳定运行状态时，就绪状态的用户进程数量最少为 0 个

2.2 阻塞状态的用户进程最多几个，最少几个？

2.2.1 阻塞状态的用户进程最多数量

1. 当所有 m 个用户进程均被阻塞时，CPU空闲，就绪队列为空，满足系统稳定运行状态。
2. 综上，考虑所有前置条件，当系统处于稳定运行状态时，阻塞状态的用户进程最多数量为 m 个

2.2.2 阻塞状态的用户进程最少数量

1. 当 m-1 个用户进程处于就绪态，CPU忙时，满足系统稳定运行状态。
2. 综上，考虑所有前置条件，当系统处于稳定运行状态时，阻塞状态的用户进程最少数量为 0 个

2.3 执行状态的用户进程最多几个，最少几个？

2.3.1 执行状态的用户进程最多数量

1. 由前置条件 “1个处理机” 知，执行状态的用户进程最多数量为 1 个。

2.3.2 执行状态的用户进程最少数量

1. 当所有 m 个用户进程均被阻塞时，CPU空闲，就绪队列为空，满足系统稳定运行状态。
2. 综上，考虑所有前置条件，当系统处于稳定运行状态时，执行状态的用户进程最少数量为 0 个