昆明理工大學津橋?qū)W院《計算機原理與應用》2023-2024學年第一學期期末試卷

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《計算機原理與應用》2023-2024學年第一學期期末試卷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、某計算機采用虛擬存儲技術(shù)，系統(tǒng)為用戶進程提供了4GB的虛擬地址空間，頁面大小為4KB。假設某進程的虛擬頁面訪問序列為1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5。若采用最佳頁面置換算法（OPT），則發(fā)生缺頁中斷的次數(shù)是多少？（請詳細分析計算過程）（）A.7B.8C.9D.102、有一個文件系統(tǒng)，采用混合索引分配方式，其FCB中共有13個地址項，其中0-9個地址項為直接地址，第10個地址項為一次間接地址，第11個地址項為二次間接地址，第12個地址項為三次間接地址。若每個盤塊的大小為512B，每個盤塊號占4B，則該文件系統(tǒng)允許的最大文件長度是多少？（給出詳細的計算步驟）（）A.10+512+512×512+512×512×512B.10×512+512×512+512×512×512C.10×512+512×512+512×512×512×512D.10+512×512+512×512×512+512×512×512×5123、在一個采用請求分段存儲管理的系統(tǒng)中，某進程的段表如下：段號0對應的段長為500，段起始地址為1000；段號1對應的段長為800，段起始地址為2000；段號2對應的段長為1000，段起始地址為5000。當進程訪問的邏輯地址為1，600時，會發(fā)生什么情況？（）A.越界中斷B.正常訪問C.缺段中斷D.地址轉(zhuǎn)換錯誤4、在一個多任務操作系統(tǒng)中，多個進程同時競爭CPU資源。假設系統(tǒng)采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，每個進程被分配相同長度的時間片。當一個進程在其時間片內(nèi)未完成任務時，會被掛起并放入就緒隊列等待下一輪調(diào)度?，F(xiàn)在有三個進程P1、P2和P3，它們的運行時間分別為20毫秒、10毫秒和30毫秒。如果系統(tǒng)的時間片長度為10毫秒，那么這三個進程的平均周轉(zhuǎn)時間（從進程開始到完成的時間）大約是多少？需要考慮進程的切換時間和等待時間，并分析這種調(diào)度算法在不同場景下的優(yōu)缺點。A.20毫秒B.23.33毫秒C.26.67毫秒D.30毫秒5、在一個多道程序設計的操作系統(tǒng)中，多個進程并發(fā)執(zhí)行。假設進程A正在執(zhí)行計算任務，進程B正在進行I/O操作，進程C處于就緒狀態(tài)。此時，操作系統(tǒng)進行進程調(diào)度。以下關(guān)于進程調(diào)度的說法中，正確的是：（）A.一定會將進程C調(diào)度執(zhí)行，因為它處于就緒狀態(tài)B.可能會繼續(xù)讓進程A執(zhí)行，因為它正在進行計算且未完成C.一定會優(yōu)先調(diào)度進程B，因為I/O操作通常具有較高的優(yōu)先級D.可能會選擇一個新的進程進入執(zhí)行，而不是在這三個進程中進行調(diào)度6、在一個實時操作系統(tǒng)中，任務的調(diào)度不僅要考慮任務的優(yōu)先級，還要滿足任務的時間約束。假設有一個周期性任務，其執(zhí)行周期為50毫秒，每次執(zhí)行時間為20毫秒。分析在不同的調(diào)度算法（如單調(diào)速率調(diào)度、最早截止時間優(yōu)先等）下，如何保證該任務能夠按時完成，并討論這些調(diào)度算法在處理周期性任務時的優(yōu)缺點。A.單調(diào)速率調(diào)度算法最優(yōu)B.最早截止時間優(yōu)先算法最優(yōu)C.兩種算法在不同情況下各有優(yōu)劣D.取決于任務的具體特點和系統(tǒng)負載7、在一個具有多核處理器的操作系統(tǒng)中，線程的調(diào)度需要考慮處理器的親和性。假設一個多線程應用程序的線程在不同的核心上頻繁切換，分析這種核心切換對性能的影響，包括緩存命中率的降低、上下文切換開銷等，并討論如何通過設置線程的處理器親和性來提高性能，以及在什么情況下需要動態(tài)調(diào)整親和性。A.核心切換總是降低性能，應避免B.核心切換在某些情況下有益，某些情況下有害C.核心切換對性能影響不大，無需關(guān)注D.取決于應用程序的特點和系統(tǒng)負載8、在一個具有虛擬存儲管理的操作系統(tǒng)中，某進程的虛擬地址空間大小為4GB，其中用戶空間為3GB，內(nèi)核空間為1GB。系統(tǒng)采用請求分頁存儲管理方式，頁面置換算法為最近最少使用（LRU）算法。假設當前系統(tǒng)物理內(nèi)存為2GB，進程開始運行時，已將部分頁面調(diào)入內(nèi)存。在運行過程中，進程又需要訪問一個新的頁面，而此時內(nèi)存中沒有空閑頁框。那么，操作系統(tǒng)會如何處理這種情況？（）A.立即終止該進程，因為內(nèi)存不足無法滿足其頁面請求B.選擇一個最近最少使用的頁面換出到外存，將新頁面調(diào)入內(nèi)存C.隨機選擇一個頁面換出到外存，將新頁面調(diào)入內(nèi)存D.拒絕該頁面請求，等待用戶釋放其他頁面后再進行調(diào)入9、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10、設備管理中的設備分配策略可以影響系統(tǒng)的性能和公平性。以下關(guān)于設備分配策略的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.設備分配可以采用先來先服務、優(yōu)先級高者優(yōu)先等策略B.設備分配策略需要考慮設備的特性和進程的需求C.設備分配策略可以采用獨占式分配和共享式分配兩種方式D.設備分配策略只對輸入設備有效，對輸出設備沒有作用11、在一個操作系統(tǒng)中，進程間通信（IPC）是實現(xiàn)進程協(xié)作和數(shù)據(jù)交換的重要手段。假設有兩個進程P1和P2，它們需要頻繁地交換大量的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在有多種IPC機制可供選擇，如管道、消息隊列、共享內(nèi)存和信號量等。分析每種IPC機制在數(shù)據(jù)傳輸量、同步方式、通信效率和編程復雜性等方面的特點，并根據(jù)具體的應用場景選擇最合適的IPC機制。A.管道最適合B.消息隊列最適合C.共享內(nèi)存最適合D.應根據(jù)具體場景選擇12、在一個采用位示圖進行磁盤空間管理的操作系統(tǒng)中，磁盤共有1000個物理塊，位示圖中每個字長為32位。那么，位示圖需要占用多少個磁盤塊來存儲？（）A.10B.11C.32D.3313、在一個分布式操作系統(tǒng)中，多個計算機通過網(wǎng)絡連接協(xié)同工作。假設系統(tǒng)中的一個任務需要在多個節(jié)點上并行執(zhí)行。以下關(guān)于分布式任務調(diào)度和資源分配的描述，正確的是：（）A.任務會被自動分配到負載最輕的節(jié)點上執(zhí)行，以實現(xiàn)負載均衡B.每個節(jié)點獨立進行任務調(diào)度和資源分配，互不影響C.分布式操作系統(tǒng)中不存在資源競爭和死鎖問題，因為節(jié)點相互獨立D.任務在節(jié)點之間的遷移不會影響其執(zhí)行進度和結(jié)果14、設備管理中的設備獨立性是指程序與具體的設備無關(guān)。以下關(guān)于設備獨立性的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.設備獨立性可以提高程序的可移植性和設備的利用率B.設備獨立性可以通過設備驅(qū)動程序和邏輯設備表來實現(xiàn)C.設備獨立性意味著程序可以不考慮設備的具體類型和特性，直接使用設備D.設備獨立性只對輸入設備有效，對輸出設備沒有作用15、在一個具有內(nèi)存保護機制的操作系統(tǒng)中，每個進程都被分配了獨立的內(nèi)存空間，并且系統(tǒng)通過硬件和軟件的結(jié)合來防止進程訪問其他進程的內(nèi)存區(qū)域。假設進程P1試圖訪問進程P2的內(nèi)存空間，系統(tǒng)會產(chǎn)生一個內(nèi)存訪問違規(guī)的異常。分析這種內(nèi)存保護機制是如何實現(xiàn)的，包括硬件支持（如MMU）和操作系統(tǒng)的相關(guān)處理邏輯，并討論內(nèi)存保護在系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性方面的重要意義。A.通過硬件MMU實現(xiàn)，意義重大B.通過操作系統(tǒng)軟件實現(xiàn)，意義不大C.通過硬件和軟件共同實現(xiàn)，意義重大D.內(nèi)存保護機制作用有限，意義不大二、簡答題（本大題共3個小題，共15分)1、（本題5分）文件系統(tǒng)的簇大小如何選擇？2、（本題5分）進程的通信機制對系統(tǒng)性能有何影響？3、（本題5分）文件系統(tǒng)的性能優(yōu)化措施有哪些？三、論述題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）詳細闡述操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)的加密文件系統(tǒng)（EFS）的架構(gòu)和實現(xiàn)，探討密鑰的生成、存儲和管理。分析EFS對數(shù)據(jù)保密性和文件系統(tǒng)性能的影響。2、（本題5分）操作系統(tǒng)的內(nèi)存保護機制對于防止進程非法訪問內(nèi)存至關(guān)重要。論述內(nèi)存保護的方法和實現(xiàn)技術(shù)，如基址寄存器、界限寄存器、頁保護等，分析內(nèi)存保護機制在防止內(nèi)存泄漏和緩沖區(qū)溢出方面的作用，探討如何增強內(nèi)存保護的安全性。3、（本題5分）隨著人工智能和大數(shù)據(jù)應用的發(fā)展，操作系統(tǒng)需要適應新的計算需求。請綜合論述操作系統(tǒng)在支持人工智能和大數(shù)據(jù)工作負載方面的挑戰(zhàn)和解決方案，如高效的資源分配、并行計算支持等。4、（本題5分）實時操作系統(tǒng)中的資源預留是保證實時任務按時完成的重要手段。請深入探討資源預留的概念、方法和實現(xiàn)技術(shù)，分析資源預留對系統(tǒng)資源利用率和實時任務調(diào)度的影響，以及如何在有限資源的情況