華東師范大學(xué)《操作系統(tǒng)實(shí)踐》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級(jí)_______學(xué)號(hào)_______姓名_______題號(hào)一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共15個(gè)小題，每小題2分，共30分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．）1、在操作系統(tǒng)中，線程是比進(jìn)程更小的執(zhí)行單位。以下關(guān)于線程的描述中，哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.線程是進(jìn)程中的一個(gè)執(zhí)行路徑，共享進(jìn)程的地址空間和資源B.線程的創(chuàng)建和銷毀比進(jìn)程更快，因?yàn)榫€程不需要分配獨(dú)立的內(nèi)存空間C.多線程可以提高程序的并發(fā)性，但也會(huì)增加程序的復(fù)雜性和調(diào)試難度D.線程之間的通信可以通過(guò)共享內(nèi)存和消息傳遞兩種方式進(jìn)行，其中共享內(nèi)存方式效率更高，但也更容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題2、在操作系統(tǒng)的設(shè)備管理中，緩沖技術(shù)可以提高設(shè)備與CPU之間的并行性。假設(shè)一個(gè)設(shè)備向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)，CPU從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。以下關(guān)于緩沖區(qū)的作用的描述，正確的是：（）A.緩沖區(qū)可以減少設(shè)備等待CPU處理數(shù)據(jù)的時(shí)間，提高設(shè)備利用率B.緩沖區(qū)可以保證數(shù)據(jù)的順序一致性，避免數(shù)據(jù)混亂C.緩沖區(qū)可以增大數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸挘岣邤?shù)據(jù)傳輸速度D.緩沖區(qū)可以消除設(shè)備與CPU之間的速度差異，實(shí)現(xiàn)同步工作3、假設(shè)一個(gè)操作系統(tǒng)的頁(yè)表項(xiàng)大小為4字節(jié)，頁(yè)面大小為4KB，邏輯地址空間大小為4GB。那么該系統(tǒng)的頁(yè)表需要占用多少內(nèi)存空間？（）A.4MBB.8MBC.16MBD.32MB4、在操作系統(tǒng)的磁盤管理中，磁盤調(diào)度算法的選擇對(duì)于磁盤的I/O性能有著重要的影響。除了前面提到的幾種常見算法，還有電梯調(diào)度算法。電梯調(diào)度算法類似于電梯的工作原理，總是沿著一個(gè)方向移動(dòng)，直到該方向上沒(méi)有請(qǐng)求為止，然后改變方向。假設(shè)磁盤請(qǐng)求隊(duì)列的順序?yàn)?2、170、43、140、24、16、190，磁頭當(dāng)前位于50號(hào)磁道，初始移動(dòng)方向?yàn)榇诺捞?hào)增加的方向。那么，采用電梯調(diào)度算法時(shí)，磁頭移動(dòng)的總磁道數(shù)為（）A.382B.418C.450D.5125、有一個(gè)文件系統(tǒng)，采用連續(xù)分配方式存儲(chǔ)文件。已知文件A從磁盤地址1000開始，占用了5個(gè)連續(xù)的磁盤塊，每個(gè)磁盤塊大小為512B。若要讀取文件A的第3個(gè)磁盤塊的內(nèi)容，需要訪問(wèn)磁盤的物理地址是多少？（）A.2048B.2560C.3072D.35846、在一個(gè)支持多線程的操作系統(tǒng)中，線程的同步和互斥是常見的操作。假設(shè)有兩個(gè)線程T1和T2共享一個(gè)全局變量count，初始值為0。T1負(fù)責(zé)對(duì)count進(jìn)行加1操作，T2負(fù)責(zé)對(duì)count進(jìn)行減1操作。為了保證操作的正確性，需要使用鎖機(jī)制。以下關(guān)于鎖使用的描述，正確的是：（）A.T1和T2在操作count前都先獲取鎖，操作完成后釋放鎖B.只有T1需要獲取鎖進(jìn)行加1操作，T2不需要獲取鎖進(jìn)行減1操作C.鎖的獲取和釋放操作會(huì)導(dǎo)致線程的切換，從而降低系統(tǒng)性能D.可以使用多個(gè)鎖來(lái)分別保護(hù)count的加操作和減操作，提高并發(fā)度7、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，設(shè)備管理是一項(xiàng)重要的功能。假設(shè)有一個(gè)磁盤設(shè)備，其傳輸速率為100MB/s，平均尋道時(shí)間為10毫秒，旋轉(zhuǎn)延遲為5毫秒?，F(xiàn)在有一個(gè)進(jìn)程需要連續(xù)讀取100個(gè)大小均為4KB的數(shù)據(jù)塊。分析在不同的磁盤調(diào)度算法（如先來(lái)先服務(wù)、最短尋道時(shí)間優(yōu)先、電梯算法等）下，進(jìn)程完成數(shù)據(jù)讀取所需的時(shí)間，并比較這些算法在磁盤I/O性能方面的優(yōu)劣。A.先來(lái)先服務(wù)算法最優(yōu)B.最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法最優(yōu)C.電梯算法最優(yōu)D.不同算法在不同情況下各有優(yōu)劣8、文件系統(tǒng)的文件共享是指多個(gè)用戶可以同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)文件。以下關(guān)于文件共享的描述中，哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.文件共享可以提高文件的利用率和系統(tǒng)的效率B.文件共享可以通過(guò)硬鏈接和軟鏈接兩種方式實(shí)現(xiàn)C.文件共享需要解決文件的同步和一致性問(wèn)題D.文件共享只對(duì)文本文件有效，對(duì)二進(jìn)制文件沒(méi)有作用9、在一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，有多個(gè)任務(wù)具有不同的截止時(shí)間和優(yōu)先級(jí)。任務(wù)T1的截止時(shí)間為100毫秒，優(yōu)先級(jí)為高；任務(wù)T2的截止時(shí)間為200毫秒，優(yōu)先級(jí)為中；任務(wù)T3的截止時(shí)間為300毫秒，優(yōu)先級(jí)為低。假設(shè)系統(tǒng)當(dāng)前處于空閑狀態(tài)，然后這三個(gè)任務(wù)依次到達(dá)。如果系統(tǒng)采用基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度算法，那么任務(wù)的執(zhí)行順序是怎樣的？同時(shí)分析這種調(diào)度算法在滿足實(shí)時(shí)任務(wù)截止時(shí)間方面的可靠性和可能存在的問(wèn)題。A.T1->T2->T3B.T1->T3->T2C.T2->T1->T3D.T3->T2->T110、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，內(nèi)核負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的核心資源和提供基本的服務(wù)。假設(shè)有兩種內(nèi)核結(jié)構(gòu)：微內(nèi)核和宏內(nèi)核。微內(nèi)核將系統(tǒng)的核心功能放在內(nèi)核空間，而將大部分服務(wù)放在用戶空間；宏內(nèi)核則將更多的功能集成在內(nèi)核空間。分析微內(nèi)核和宏內(nèi)核結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)性能、可擴(kuò)展性、安全性和開發(fā)難度等方面的優(yōu)缺點(diǎn)，并討論在不同應(yīng)用場(chǎng)景下哪種內(nèi)核結(jié)構(gòu)更合適。A.微內(nèi)核結(jié)構(gòu)更優(yōu)B.宏內(nèi)核結(jié)構(gòu)更優(yōu)C.兩種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)劣，取決于具體情況D.無(wú)法確定哪種結(jié)構(gòu)更好11、文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中用于管理文件的重要組成部分。假設(shè)有一個(gè)文件系統(tǒng)，采用多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)，文件的物理存儲(chǔ)采用連續(xù)分配方式。當(dāng)用戶創(chuàng)建一個(gè)新文件時(shí)，以下關(guān)于文件分配和管理的描述，正確的是：（）A.系統(tǒng)會(huì)在磁盤上找到連續(xù)的空閑空間來(lái)存儲(chǔ)新文件的數(shù)據(jù)B.新文件的目錄項(xiàng)會(huì)立即被添加到父目錄中，無(wú)論文件數(shù)據(jù)是否完全存儲(chǔ)C.由于采用連續(xù)分配，文件的擴(kuò)展可能會(huì)導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)移動(dòng)D.文件的刪除會(huì)立即釋放其占用的所有磁盤空間，包括可能存在的碎片12、某文件系統(tǒng)采用FAT（文件分配表）管理磁盤空間，磁盤塊大小為512B，F(xiàn)AT表每個(gè)表項(xiàng)占12位。若磁盤容量為10GB，則FAT表的大小是多少？（給出詳細(xì)的計(jì)算步驟）（）A.2MBB.4MBC.6MBD.8MB13、文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中用于管理文件的重要組成部分。假設(shè)一個(gè)文件系統(tǒng)采用多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)，文件的物理存儲(chǔ)采用連續(xù)分配方式。當(dāng)用戶創(chuàng)建一個(gè)新文件時(shí)，以下關(guān)于文件系統(tǒng)操作的描述中，正確的是：（）A.文件系統(tǒng)首先在目錄中為新文件創(chuàng)建一個(gè)條目，然后在磁盤上為其分配連續(xù)的存儲(chǔ)空間B.由于采用連續(xù)分配方式，文件系統(tǒng)需要從頭開始查找足夠的連續(xù)空間來(lái)存儲(chǔ)新文件C.文件系統(tǒng)會(huì)為新文件隨機(jī)分配存儲(chǔ)空間，然后更新目錄中的文件信息D.連續(xù)分配方式會(huì)導(dǎo)致文件的擴(kuò)展非常困難，所以文件系統(tǒng)通常會(huì)拒絕創(chuàng)建較大的新文件14、在一個(gè)多線程的操作系統(tǒng)中，有一個(gè)進(jìn)程包含多個(gè)線程。假設(shè)線程T1、T2和T3屬于同一個(gè)進(jìn)程，它們共享進(jìn)程的資源，如內(nèi)存空間、文件描述符等?，F(xiàn)在線程T1執(zhí)行一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用導(dǎo)致阻塞，那么其他線程的狀態(tài)會(huì)受到怎樣的影響？（）A.線程T2和T3也會(huì)被阻塞，直到T1完成系統(tǒng)調(diào)用B.線程T2和T3不受影響，繼續(xù)執(zhí)行C.線程T2和T3會(huì)暫停，等待操作系統(tǒng)的調(diào)度D.線程T2和T3可能會(huì)被切換到其他進(jìn)程的線程執(zhí)行15、在一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，對(duì)于周期性任務(wù)和非周期性任務(wù)都需要進(jìn)行合理的調(diào)度。假設(shè)系統(tǒng)中有一個(gè)周期性任務(wù)T1，周期為50ms，執(zhí)行時(shí)間為20ms，還有一個(gè)非周期性任務(wù)T2，執(zhí)行時(shí)間為30ms。以下關(guān)于任務(wù)調(diào)度的描述，正確的是：（）A.操作系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先調(diào)度周期性任務(wù)T1，確保其按時(shí)完成B.非周期性任務(wù)T2會(huì)在周期性任務(wù)T1的空閑時(shí)間執(zhí)行C.由于T2的執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)，可能會(huì)導(dǎo)致T1錯(cuò)過(guò)周期D.操作系統(tǒng)會(huì)為T1和T2分配相同的時(shí)間片，輪流執(zhí)行二、簡(jiǎn)答題（本大題共3個(gè)小題，共15分)1、（本題5分）進(jìn)程的上下文切換開銷如何降低？2、（本題5分）簡(jiǎn)述文件系統(tǒng)的一致性檢查和恢復(fù)機(jī)制。3、（本題5分）什么是分布式操作系統(tǒng)？其主要特征有哪些？三、論述題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）論述操作系統(tǒng)中的作業(yè)管理，包括作業(yè)的提交、調(diào)度和控制。分析作業(yè)調(diào)度算法與進(jìn)程調(diào)度算法的關(guān)系，以及如何提高作業(yè)的執(zhí)行效率和系統(tǒng)的資源利用率。2、（本題5分）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的時(shí)間確定性分析是評(píng)估系統(tǒng)性能的重要手段。請(qǐng)深入探討時(shí)間確定性分析的方法和指標(biāo)，如最壞情況執(zhí)行時(shí)間（WCET）、平均情況執(zhí)行時(shí)間（ACET）等，分析影響時(shí)間確定性的因素，以及如何通過(guò)優(yōu)化代碼和系統(tǒng)配置提高時(shí)間確定性。3、（本題5分）請(qǐng)?jiān)敿?xì)論述在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中，進(jìn)程調(diào)度算法的分類、特點(diǎn)以及它們?cè)诓煌瑘?chǎng)景下的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和局限性，舉例說(shuō)明如何根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載和性能需求選擇合適的調(diào)度算法。4、（本題5分）論述在操作系統(tǒng)中，如何實(shí)現(xiàn)高效的進(jìn)程同步原語(yǔ)，考慮信號(hào)量、互斥鎖、條件變量等的底層實(shí)現(xiàn)機(jī)制。分析同步原語(yǔ)的性能開銷和優(yōu)化方向。5、（本題5分）詳細(xì)