武漢設(shè)計(jì)工程學(xué)院《操作系統(tǒng)原理》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25個(gè)小題，每小題1分，共25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、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下：就緒->運(yùn)行，運(yùn)行->就緒，運(yùn)行->阻塞，阻塞->就緒。假設(shè)當(dāng)前有三個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3處于就緒狀態(tài)，系統(tǒng)采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，時(shí)間片大小為10ms。進(jìn)程P1首先獲得CPU資源并開(kāi)始運(yùn)行，在運(yùn)行5ms后，進(jìn)程P1發(fā)生I/O操作進(jìn)入阻塞狀態(tài)。此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)如何調(diào)度？（）A.從就緒隊(duì)列中選擇P2進(jìn)程運(yùn)行B.等待P1的I/O操作完成，繼續(xù)運(yùn)行P1C.重新選擇P1進(jìn)程運(yùn)行，直到時(shí)間片用完D.暫停系統(tǒng)運(yùn)行，等待其他進(jìn)程進(jìn)入就緒狀態(tài)2、某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用DMA方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，DMA控制器每次能夠傳輸一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。若要傳輸1000字節(jié)的數(shù)據(jù)，DMA初始化設(shè)置的時(shí)間為100μs，DMA傳輸一個(gè)字節(jié)的時(shí)間為1μs，中斷處理的時(shí)間為50μs，請(qǐng)問(wèn)完成這次數(shù)據(jù)傳輸總共需要多長(zhǎng)時(shí)間？（）A.1150μsB.1550μsC.2050μsD.2150μs3、操作系統(tǒng)的內(nèi)核是系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的資源和提供基本的服務(wù)。以下關(guān)于內(nèi)核的描述中，哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.內(nèi)核可以分為微內(nèi)核和宏內(nèi)核兩種類(lèi)型，微內(nèi)核結(jié)構(gòu)更加靈活，但性能較低B.內(nèi)核的主要功能包括進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)管理和設(shè)備管理等C.內(nèi)核可以直接訪問(wèn)硬件資源，但需要通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制D.內(nèi)核是操作系統(tǒng)中唯一運(yùn)行在特權(quán)模式下的部分，其他部分都運(yùn)行在用戶(hù)模式下4、在操作系統(tǒng)中，死鎖的檢測(cè)和恢復(fù)是處理死鎖問(wèn)題的重要手段。死鎖檢測(cè)可以通過(guò)資源分配圖或者矩陣的方法進(jìn)行。假設(shè)系統(tǒng)中有四個(gè)資源類(lèi)型R1、R2、R3和R4，三個(gè)進(jìn)程P1、P2和P3。P1申請(qǐng)了R1和R2，P2申請(qǐng)了R2和R3，P3申請(qǐng)了R3和R4?，F(xiàn)在通過(guò)資源分配圖進(jìn)行死鎖檢測(cè)，那么該系統(tǒng)是否處于死鎖狀態(tài)（）A.是B.否C.無(wú)法確定D.以上都不對(duì)5、在一個(gè)采用段頁(yè)式存儲(chǔ)管理的系統(tǒng)中，某進(jìn)程的段表如下所示：段號(hào)頁(yè)表長(zhǎng)度（頁(yè)）頁(yè)表始址032001240021500若邏輯地址為（1，100），其中段號(hào)為1，頁(yè)號(hào)為100，頁(yè)面大小為1KB，請(qǐng)問(wèn)其對(duì)應(yīng)的物理地址是多少？（給出詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程）（）A.500B.600C.700D.8006、在操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)中，文件的物理結(jié)構(gòu)有連續(xù)分配、鏈接分配和索引分配等多種方式。連續(xù)分配方式具有較高的順序訪問(wèn)速度，但存在外部碎片問(wèn)題；鏈接分配方式解決了外部碎片問(wèn)題，但隨機(jī)訪問(wèn)速度較慢；索引分配方式則結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。假設(shè)一個(gè)文件系統(tǒng)采用索引分配方式，每個(gè)索引節(jié)點(diǎn)包含13個(gè)直接地址項(xiàng)、1個(gè)一級(jí)間接地址項(xiàng)、1個(gè)二級(jí)間接地址項(xiàng)和1個(gè)三級(jí)間接地址項(xiàng)，每個(gè)地址項(xiàng)大小為4字節(jié)，盤(pán)塊大小為1KB。若要訪問(wèn)文件的第10000塊，至少需要幾次磁盤(pán)I/O操作（）A.1B.2C.3D.47、在一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，有兩個(gè)周期性任務(wù)T1和T2，T1的周期為20ms，執(zhí)行時(shí)間為10ms；T2的周期為50ms，執(zhí)行時(shí)間為20ms。采用最早截止時(shí)間優(yōu)先（EDF）調(diào)度算法，在0時(shí)刻兩個(gè)任務(wù)同時(shí)到達(dá)，請(qǐng)問(wèn)哪個(gè)任務(wù)會(huì)先執(zhí)行？（）A.T1B.T2C.不確定D.同時(shí)執(zhí)行8、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)調(diào)用是用戶(hù)程序與操作系統(tǒng)內(nèi)核之間的接口。假設(shè)用戶(hù)程序需要讀取一個(gè)文件的內(nèi)容，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。以下關(guān)于系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過(guò)程的描述，哪一項(xiàng)是正確的？（）A.用戶(hù)程序通過(guò)陷入指令（trap）進(jìn)入內(nèi)核態(tài)，內(nèi)核執(zhí)行相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)例程，完成文件讀取操作后返回用戶(hù)態(tài)B.用戶(hù)程序直接在用戶(hù)態(tài)執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用，操作系統(tǒng)內(nèi)核監(jiān)測(cè)到后進(jìn)行相應(yīng)的處理C.用戶(hù)程序?qū)⑾到y(tǒng)調(diào)用請(qǐng)求發(fā)送到消息隊(duì)列，內(nèi)核從隊(duì)列中獲取請(qǐng)求并執(zhí)行D.用戶(hù)程序通過(guò)中斷信號(hào)通知內(nèi)核執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用，內(nèi)核暫停當(dāng)前任務(wù)進(jìn)行處理9、在一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，任務(wù)的截止時(shí)間是一個(gè)關(guān)鍵因素。假設(shè)系統(tǒng)中有一個(gè)硬實(shí)時(shí)任務(wù)T1，其截止時(shí)間為100ms，當(dāng)前時(shí)間為50ms，任務(wù)已經(jīng)執(zhí)行了40ms，還剩下20ms的計(jì)算量。以下關(guān)于任務(wù)調(diào)度的描述中，正確的是：（）A.操作系統(tǒng)會(huì)暫停其他任務(wù)，優(yōu)先保證T1在截止時(shí)間前完成B.如果此時(shí)有一個(gè)更高優(yōu)先級(jí)的非實(shí)時(shí)任務(wù)就緒，操作系統(tǒng)會(huì)調(diào)度該任務(wù)執(zhí)行C.由于T1已經(jīng)花費(fèi)了較多時(shí)間，操作系統(tǒng)會(huì)判定其無(wú)法按時(shí)完成，將其放棄D.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)不會(huì)對(duì)任務(wù)進(jìn)行搶占式調(diào)度，以避免影響任務(wù)的執(zhí)行進(jìn)度10、進(jìn)程同步和互斥是操作系統(tǒng)中保證進(jìn)程正確執(zhí)行的關(guān)鍵機(jī)制。假設(shè)有兩個(gè)進(jìn)程P1和P2，它們共享一個(gè)資源R。為了保證互斥訪問(wèn)資源R，使用了信號(hào)量機(jī)制。初始時(shí)，信號(hào)量S的值為1。當(dāng)P1訪問(wèn)資源R時(shí)，執(zhí)行P(S)操作；當(dāng)P1訪問(wèn)結(jié)束后，執(zhí)行V(S)操作。以下關(guān)于信號(hào)量和進(jìn)程操作的描述中，正確的是：（）A.當(dāng)P1執(zhí)行P(S)操作后，如果S的值變?yōu)?，則P1獲得資源R并進(jìn)入臨界區(qū)B.如果P2在P1執(zhí)行V(S)操作之前執(zhí)行P(S)操作，P2一定會(huì)被阻塞C.信號(hào)量S的值永遠(yuǎn)不會(huì)小于0，因?yàn)檫@意味著出現(xiàn)了錯(cuò)誤的操作D.當(dāng)P1執(zhí)行V(S)操作后，如果有多個(gè)進(jìn)程在等待資源R，操作系統(tǒng)會(huì)隨機(jī)選擇一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)11、在一個(gè)具有快表的分頁(yè)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，快表的命中率為80%，訪問(wèn)快表的時(shí)間為10ns，訪問(wèn)主存的時(shí)間為100ns。若要訪問(wèn)的頁(yè)面在快表中，那么一次有效地址轉(zhuǎn)換所需的平均時(shí)間是多少？若頁(yè)面不在快表中呢？（）A.20ns，110nsB.18ns，110nsC.20ns，120nsD.18ns，120ns12、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，進(jìn)程的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀是常見(jiàn)的操作。假設(shè)一個(gè)應(yīng)用程序需要頻繁創(chuàng)建和銷(xiāo)毀大量的短生命周期進(jìn)程，分析這種操作對(duì)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(guò)進(jìn)程池、線程池等技術(shù)來(lái)優(yōu)化這種情況，以及這些技術(shù)的適用場(chǎng)景和限制。A.頻繁創(chuàng)建和銷(xiāo)毀進(jìn)程總是有害的B.頻繁創(chuàng)建和銷(xiāo)毀進(jìn)程在某些情況下無(wú)害C.可以通過(guò)進(jìn)程池或線程池完全解決性能問(wèn)題D.進(jìn)程池和線程池有適用場(chǎng)景和限制13、在一個(gè)采用先來(lái)先服務(wù)（FCFS）磁盤(pán)調(diào)度算法的系統(tǒng)中，假設(shè)磁盤(pán)請(qǐng)求隊(duì)列的順序?yàn)?8，183，37，122，14，124，65，67。磁頭初始位置在53磁道，磁頭移動(dòng)方向從0磁道開(kāi)始向磁道號(hào)增加的方向移動(dòng)，請(qǐng)問(wèn)磁頭移動(dòng)的總距離是多少？（）A.565B.649C.708D.75614、在一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，任務(wù)具有不同的優(yōu)先級(jí)。系統(tǒng)需要保證高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)能夠及時(shí)得到處理。假設(shè)當(dāng)前有三個(gè)任務(wù)T1、T2和T3，優(yōu)先級(jí)依次降低。當(dāng)T1和T2同時(shí)就緒時(shí)，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T2執(zhí)行，以保證公平性B.T1和T2會(huì)按照一定的時(shí)間片輪流執(zhí)行C.操作系統(tǒng)會(huì)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(jí)最低，它將永遠(yuǎn)不會(huì)得到執(zhí)行機(jī)會(huì)15、在操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理中，段式存儲(chǔ)管理將用戶(hù)程序按照邏輯分段，每個(gè)段具有不同的名字和長(zhǎng)度。與分頁(yè)存儲(chǔ)管理相比，段式存儲(chǔ)管理更便于實(shí)現(xiàn)程序的模塊化和動(dòng)態(tài)鏈接。假設(shè)一個(gè)段式存儲(chǔ)系統(tǒng)，地址空間為32位，其中段號(hào)占8位，段內(nèi)偏移量占24位，每個(gè)段最大長(zhǎng)度為2^24字節(jié)。那么，該系統(tǒng)最多可以有多少個(gè)段（）A.2^8個(gè)B.2^16個(gè)C.2^24個(gè)D.2^32個(gè)16、在一個(gè)采用死鎖檢測(cè)算法的系統(tǒng)中，資源分配圖中包含了四個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3和P4，以及三類(lèi)資源R1、R2和R3。資源分配情況如下表所示：進(jìn)程已分配資源尚需資源R1R2R3R1R2R3P1201110P2110121P3121012P4010211請(qǐng)問(wèn)該系統(tǒng)是否處于死鎖狀態(tài)？如果是，哪些進(jìn)程處于死鎖中？（請(qǐng)給出詳細(xì)的分析過(guò)程）（）A.是，P1、P2、P3B.是，P2、P3、P4C.否D.是，P1、P3、P417、在一個(gè)采用請(qǐng)求分頁(yè)存儲(chǔ)管理的操作系統(tǒng)中，頁(yè)面大小為4KB，某進(jìn)程的邏輯地址空間為32GB。若該進(jìn)程的頁(yè)表項(xiàng)中，有效位為1表示頁(yè)面在內(nèi)存中，為0表示頁(yè)面不在內(nèi)存中。假設(shè)頁(yè)表存放在內(nèi)存中，每頁(yè)可存放1024個(gè)頁(yè)表項(xiàng)。那么，該進(jìn)程頁(yè)表的大小是多少？（）A.4MBB.8MBC.16MBD.32MB18、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，進(jìn)程通信是非常重要的一部分。假設(shè)有兩個(gè)進(jìn)程P1和P2，它們需要頻繁地交換大量的數(shù)據(jù)。以下幾種進(jìn)程通信方式中，哪種方式最適合這種情況？（）A.共享內(nèi)存：兩個(gè)進(jìn)程可以直接訪問(wèn)同一塊共享的內(nèi)存區(qū)域，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換B.消息傳遞：通過(guò)發(fā)送和接收消息來(lái)傳遞數(shù)據(jù)，每個(gè)消息有固定的大小和格式C.管道：一種單向的、基于字節(jié)流的通信方式，數(shù)據(jù)只能從一端流向另一端D.信號(hào)量：用于進(jìn)程之間的同步，而不是直接的數(shù)據(jù)交換19、在一個(gè)采用索引分配方式的文件系統(tǒng)中，文件的索引表存放在磁盤(pán)上。假設(shè)一個(gè)文件有100個(gè)磁盤(pán)塊，每個(gè)磁盤(pán)塊大小為4KB，索引表項(xiàng)占用4個(gè)字節(jié)。如果采用一級(jí)索引，那么索引表最多可以表示多大的文件？如果采用二級(jí)索引，又能表示多大的文件？（）A.一級(jí)索引最多表示16MB的文件，二級(jí)索引最多表示256MB的文件B.一級(jí)索引最多表示4MB的文件，二級(jí)索引最多表示16GB的文件C.一級(jí)索引最多表示64KB的文件，二級(jí)索引最多表示256KB的文件D.一級(jí)索引最多表示1MB的文件，二級(jí)索引最多表示4GB的文件20、在文件系統(tǒng)中，文件的訪問(wèn)控制是保障數(shù)據(jù)安全的重要手段。假設(shè)一個(gè)文件系統(tǒng)對(duì)文件設(shè)置了不同的訪問(wèn)權(quán)限，如讀、寫(xiě)、執(zhí)行等。對(duì)于一個(gè)普通用戶(hù)創(chuàng)建的文件，以下關(guān)于訪問(wèn)權(quán)限設(shè)置和繼承的描述，正確的是：（）A.該用戶(hù)對(duì)自己創(chuàng)建的文件具有完全的控制權(quán)限，包括修改訪問(wèn)權(quán)限B.其他用戶(hù)默認(rèn)沒(méi)有對(duì)該文件的任何訪問(wèn)權(quán)限，除非文件所有者明確授予C.當(dāng)該文件被移動(dòng)到其他目錄時(shí)，其訪問(wèn)權(quán)限會(huì)自動(dòng)繼承新目錄的默認(rèn)權(quán)限D(zhuǎn).文件的訪問(wèn)權(quán)限只能由系統(tǒng)管理員進(jìn)行修改，用戶(hù)無(wú)法自行更改21、在計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中，內(nèi)存管理是一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。假設(shè)系統(tǒng)采用分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式，頁(yè)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(yè)表項(xiàng)數(shù)量至少為：（）A.8MB.2MC.1MD.4M22、某計(jì)算機(jī)采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，系統(tǒng)為用戶(hù)進(jìn)程提供了4GB的虛擬地址空間，頁(yè)面大小為4KB。假設(shè)某進(jìn)程的虛擬頁(yè)面訪問(wèn)序列為1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5。若采用最佳頁(yè)面置換算法（OPT），則發(fā)生缺頁(yè)中斷的次數(shù)是多少？（請(qǐng)?jiān)敿?xì)分析計(jì)算過(guò)程）（）A.7B.8C.9D.1023、某操作系統(tǒng)采用了文件的加密技術(shù)，對(duì)文件的內(nèi)容進(jìn)行加密存儲(chǔ)。在讀取文件時(shí)，需要先進(jìn)行解密操作。假設(shè)加密和解密算法的時(shí)間復(fù)雜度相同，且均為O(n)，其中n為文件的大小。如果讀取一個(gè)10MB的文件，加密算法的執(zhí)行時(shí)間為5秒，那么解密這個(gè)文件大約需要多長(zhǎng)時(shí)間？（）A.5秒B.10秒C.15秒D.20秒24、在一個(gè)多處理器操作系統(tǒng)中，進(jìn)程可以在不同的處理器上并行執(zhí)行。假設(shè)系統(tǒng)中有四個(gè)處理器，進(jìn)程P1、P2、P3和P4同時(shí)就緒。以下關(guān)于多處理器操作系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)度的描述中，正確的是：（）A.操作系統(tǒng)會(huì)將這四個(gè)進(jìn)程平均分配到四個(gè)處理器上執(zhí)行，以保證負(fù)載均衡B.進(jìn)程調(diào)度的策略與單處理器操作系統(tǒng)完全相同，不需要考慮處理器的數(shù)量C.為了充分利用多處理器資源，操作系統(tǒng)可能會(huì)將一個(gè)進(jìn)程的不同部分分配到不同的處理器上執(zhí)行D.如果進(jìn)程P1是計(jì)算密集型，而進(jìn)程P2是I/O密集型，操作系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先將P1分配到處理器上執(zhí)行25、在一個(gè)多道程序設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)中，有三個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3，它們的到達(dá)時(shí)間、服務(wù)時(shí)間分別為（0，8）、（1，4）、（2，9）（單位：毫秒）。采用短作業(yè)優(yōu)先（SJF）調(diào)度算法，不考慮進(jìn)程切換的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。那么，進(jìn)程P1的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間是多少？（）A.8毫秒B.9毫秒C.10毫秒D.11毫秒二、簡(jiǎn)答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）什么是系統(tǒng)兼容性？2、（本題5分）什么是進(jìn)程終止的條件和處理過(guò)程？3、（本題5分）什么是系統(tǒng)故障恢復(fù)時(shí)間？4、（本題5分）什么是信號(hào)量？如何實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步？三、綜合分析題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）探討CPU調(diào)度與進(jìn)程同步之間的關(guān)系，以及如何實(shí)現(xiàn)有效的協(xié)調(diào)。2、（本題5分）分析操作系統(tǒng)如何優(yōu)化磁盤(pán)I/O調(diào)度算法以適應(yīng)混合工作負(fù)載。3、（本題5分）探討操作系統(tǒng)如何處理進(jìn)程間通信中的消息傳遞的消息隊(duì)列的高可用性實(shí)現(xiàn)。4、（本題5分）分析操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序架構(gòu)和工作原理。5、（本題5分）研究操作系統(tǒng)如何支持不同類(lèi)型的文件系統(tǒng)的加密算法的性能比較和選擇。四、論述題（本大題共3個(gè)