華中農(nóng)業(yè)大學(xué)《操作系統(tǒng)實驗》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級_______學(xué)號_______姓名_______題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共15個小題，每小題2分，共30分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、在一個文件系統(tǒng)中，文件的存儲方式采用鏈接分配。假設(shè)一個文件由5個盤塊組成，盤塊號依次為100、50、120、80、20。如果要刪除這個文件，需要進(jìn)行哪些操作？（）A.直接刪除文件的目錄項B.依次釋放5個盤塊C.從后向前依次釋放盤塊，并修改前一個盤塊的指針D.從前向后依次釋放盤塊，并修改后一個盤塊的指針2、在操作系統(tǒng)的進(jìn)程通信中，消息傳遞是一種常見的方式。假設(shè)有兩個進(jìn)程P1和P2通過消息隊列進(jìn)行通信。P1向消息隊列發(fā)送了一條消息，P2從消息隊列接收消息。以下關(guān)于消息傳遞通信的描述中，正確的是：（）A.消息隊列是一種先進(jìn)先出的結(jié)構(gòu)，P2接收消息的順序一定與P1發(fā)送消息的順序相同B.當(dāng)消息隊列已滿時，P1發(fā)送消息會被阻塞，直到隊列中有空間可用C.P2從消息隊列接收消息時，如果隊列為空，P2會一直等待，直到有消息到來D.消息傳遞通信只能在同一臺計算機(jī)上的進(jìn)程之間使用，不能用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的進(jìn)程通信3、在一個實時操作系統(tǒng)中，任務(wù)具有不同的優(yōu)先級。系統(tǒng)需要保證高優(yōu)先級的任務(wù)能夠及時得到處理。假設(shè)當(dāng)前有三個任務(wù)T1、T2和T3，優(yōu)先級依次降低。當(dāng)T1和T2同時就緒時，以下關(guān)于任務(wù)調(diào)度的描述，正確的是：（）A.操作系統(tǒng)會優(yōu)先調(diào)度T2執(zhí)行，以保證公平性B.T1和T2會按照一定的時間片輪流執(zhí)行C.操作系統(tǒng)會立即調(diào)度T1執(zhí)行，直到T1完成或阻塞D.由于T3優(yōu)先級最低，它將永遠(yuǎn)不會得到執(zhí)行機(jī)會4、在操作系統(tǒng)的進(jìn)程同步中，信號量是一種常用的同步工具。信號量可以分為整型信號量和記錄型信號量。整型信號量存在“忙等”問題，而記錄型信號量則通過阻塞和喚醒操作避免了這一問題。假設(shè)有兩個進(jìn)程P1和P2，它們共享一個緩沖區(qū)，P1負(fù)責(zé)向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)，P2負(fù)責(zé)從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。為了保證緩沖區(qū)的正確使用，需要使用信號量進(jìn)行同步。那么，應(yīng)該設(shè)置的信號量數(shù)量以及初始值分別為（）A.1個，0B.1個，1C.2個，0D.2個，15、在操作系統(tǒng)中，進(jìn)程通信是進(jìn)程之間交換信息和協(xié)調(diào)工作的重要手段。假設(shè)有兩個進(jìn)程P1和P2，它們通過共享內(nèi)存進(jìn)行通信。以下關(guān)于共享內(nèi)存通信的特點的描述，正確的是：（）A.共享內(nèi)存通信速度快，但需要進(jìn)程之間進(jìn)行復(fù)雜的同步和互斥操作B.共享內(nèi)存通信不需要操作系統(tǒng)的干預(yù)，進(jìn)程可以直接讀寫共享區(qū)域C.共享內(nèi)存的大小是固定的，不能動態(tài)調(diào)整D.多個進(jìn)程可以同時訪問共享內(nèi)存，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的問題6、操作系統(tǒng)中的設(shè)備管理負(fù)責(zé)對系統(tǒng)中的各類I/O設(shè)備進(jìn)行有效的管理和控制。假設(shè)有一個磁盤系統(tǒng)，其旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘7200轉(zhuǎn)，平均尋道時間為10ms，每個磁道包含500個扇區(qū)，每個扇區(qū)512字節(jié)。現(xiàn)在要讀取一個100KB的文件，且文件數(shù)據(jù)連續(xù)存儲在磁盤上。那么，讀取該文件所需的平均時間大約為（）A.15msB.20msC.25msD.30ms7、考慮一個具有多級反饋隊列調(diào)度算法的系統(tǒng)，共設(shè)置3個隊列，優(yōu)先級依次降低。第1隊列時間片為2ms，第2隊列時間片為4ms，第3隊列時間片為8ms。若有進(jìn)程P1到達(dá)時進(jìn)入第1隊列，運行1ms后未完成，被放入第2隊列；進(jìn)程P2到達(dá)時進(jìn)入第2隊列，運行3ms后未完成，被放入第3隊列。請問當(dāng)P1再次獲得CPU時，它已經(jīng)等待了多長時間？（）A.4msB.5msC.6msD.7ms8、在一個操作系統(tǒng)中，進(jìn)程的創(chuàng)建和銷毀是常見的操作。假設(shè)一個應(yīng)用程序需要頻繁創(chuàng)建和銷毀大量的短生命周期進(jìn)程，分析這種操作對系統(tǒng)性能的影響，包括內(nèi)存分配、資源消耗和上下文切換等，并討論如何通過進(jìn)程池、線程池等技術(shù)來優(yōu)化這種情況，以及這些技術(shù)的適用場景和限制。A.頻繁創(chuàng)建和銷毀進(jìn)程總是有害的B.頻繁創(chuàng)建和銷毀進(jìn)程在某些情況下無害C.可以通過進(jìn)程池或線程池完全解決性能問題D.進(jìn)程池和線程池有適用場景和限制9、在一個實時操作系統(tǒng)中，任務(wù)具有不同的優(yōu)先級。假設(shè)系統(tǒng)中有三個實時任務(wù)T1、T2和T3，優(yōu)先級依次降低。當(dāng)多個任務(wù)同時就緒時，以下關(guān)于實時操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度的描述中，正確的是：（）A.總是調(diào)度優(yōu)先級最高的任務(wù)T1執(zhí)行，直到它完成或阻塞B.如果任務(wù)T1正在執(zhí)行，而更高優(yōu)先級的任務(wù)T2就緒，操作系統(tǒng)會立即搶占T1并調(diào)度T2執(zhí)行C.實時操作系統(tǒng)只考慮任務(wù)的優(yōu)先級，不考慮任務(wù)的執(zhí)行時間和資源需求D.低優(yōu)先級的任務(wù)T3永遠(yuǎn)不會得到執(zhí)行機(jī)會，除非高優(yōu)先級的任務(wù)都處于阻塞狀態(tài)10、在操作系統(tǒng)中，虛擬內(nèi)存技術(shù)被廣泛應(yīng)用。假設(shè)系統(tǒng)的物理內(nèi)存為4GB，采用分頁存儲管理，頁面大小為4KB。進(jìn)程的虛擬地址空間為8GB。當(dāng)進(jìn)程訪問一個虛擬地址時，操作系統(tǒng)需要進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換。以下關(guān)于虛擬內(nèi)存和地址轉(zhuǎn)換的描述中，正確的是：（）A.虛擬內(nèi)存技術(shù)使得進(jìn)程可以使用比物理內(nèi)存更大的地址空間，但可能會導(dǎo)致內(nèi)存碎片的產(chǎn)生B.地址轉(zhuǎn)換過程中，操作系統(tǒng)通過頁表將虛擬地址直接映射為物理地址，無需其他操作C.虛擬內(nèi)存技術(shù)總是能夠提高系統(tǒng)的內(nèi)存利用率，無論進(jìn)程的實際內(nèi)存需求如何D.當(dāng)進(jìn)程訪問的虛擬地址對應(yīng)的頁面不在物理內(nèi)存中時，操作系統(tǒng)會立即將整個進(jìn)程換出到外存11、在操作系統(tǒng)的存儲管理中，段式存儲管理和頁式存儲管理都有各自的特點。假設(shè)一個程序被分為多個段，每個段的長度不同。以下關(guān)于段式存儲管理的優(yōu)點的描述，正確的是：（）A.段的長度可以根據(jù)程序的邏輯需要動態(tài)改變，更便于程序的擴(kuò)展和修改B.由于段的長度固定，內(nèi)存分配和管理更加簡單高效C.段式存儲管理不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片，提高了內(nèi)存利用率D.段式存儲管理的地址轉(zhuǎn)換速度比頁式存儲管理更快12、在虛擬存儲管理中，頁面置換算法的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)的性能。除了常見的LRU、FIFO等算法，還有最不經(jīng)常使用（LFU）算法。LFU算法根據(jù)頁面被訪問的頻率來選擇淘汰頁面。假設(shè)系統(tǒng)為進(jìn)程分配了4個物理頁面，頁面訪問序列為1、2、3、4、2、1、5、2、1、6、2、1、7、2、1，采用LFU算法進(jìn)行頁面置換。那么，缺頁次數(shù)至少為（）A.7次B.8次C.9次D.10次13、某操作系統(tǒng)采用分段存儲管理方式，邏輯地址由段號和段內(nèi)偏移量組成。若某進(jìn)程的段表如下：段號0對應(yīng)的段長為1000，基址為5000；段號1對應(yīng)的段長為2000，基址為3000；段號2對應(yīng)的段長為3000，基址為12000。當(dāng)進(jìn)程訪問的邏輯地址為1，1500時，對應(yīng)的物理地址是多少？（）A.4500B.5500C.6500D.出錯14、在操作系統(tǒng)的存儲管理中，段式存儲管理將用戶程序按照邏輯分段，每個段具有不同的名字和長度。與分頁存儲管理相比，段式存儲管理更便于實現(xiàn)程序的模塊化和動態(tài)鏈接。假設(shè)一個段式存儲系統(tǒng)，地址空間為32位，其中段號占8位，段內(nèi)偏移量占24位，每個段最大長度為2^24字節(jié)。那么，該系統(tǒng)最多可以有多少個段（）A.2^8個B.2^16個C.2^24個D.2^32個15、在計算機(jī)操作系統(tǒng)中，內(nèi)存管理是一項關(guān)鍵任務(wù)。假設(shè)系統(tǒng)采用分頁存儲管理方式，頁面大小為4KB，某進(jìn)程的邏輯地址空間為32GB。則該進(jìn)程的頁表項數(shù)量至少為：（）A.8MB.2MC.1MD.4M二、簡答題（本大題共3個小題，共15分)1、（本題5分）什么是快表？其作用是什么？2、（本題5分）簡述操作系統(tǒng)的容錯機(jī)制和恢復(fù)策略。3、（本題5分）什么是系統(tǒng)兼容性？三、論述題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）論述操作系統(tǒng)中的線程模型，包括用戶級線程和內(nèi)核級線程的特點和實現(xiàn)方式。分析線程與進(jìn)程的關(guān)系，以及多線程編程在提高系統(tǒng)并發(fā)性能方面的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。2、（本題5分）論述操作系統(tǒng)中的實時操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理策略，分析如何滿足實時任務(wù)對內(nèi)存的確定性和及時性需求。研究實時內(nèi)存管理在硬實時系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。3、（本題5分）論述操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)的索引節(jié)點（inode）管理，研究inode的結(jié)構(gòu)、分配和回收策略。分析inode對文件系統(tǒng)性能和空間利用率的影響。4、（本題5分）操作系統(tǒng)的內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)切換機(jī)制對于系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。請深入探討內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)的概念、切換的原因和過程，分析切換過程中可能出現(xiàn)的問題和優(yōu)化策略，以及如何通過合理的設(shè)計減少切換帶來的性能開銷。5、（本題5分）在操作系統(tǒng)中，內(nèi)存映射文件是一種高