北方工業(yè)大學(xué)《計(jì)算機(jī)組成及操作系統(tǒng)》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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《計(jì)算機(jī)組成及操作系統(tǒng)》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號(hào)一二三四總分得分一、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、在一個(gè)具有設(shè)備管理功能的操作系統(tǒng)中，有多種設(shè)備類型，如磁盤、打印機(jī)、鍵盤等。假設(shè)系統(tǒng)采用中斷驅(qū)動(dòng)的I/O控制方式，當(dāng)一個(gè)設(shè)備完成I/O操作時(shí)，會(huì)向CPU發(fā)送中斷信號(hào)。現(xiàn)在有一個(gè)磁盤正在進(jìn)行讀操作，當(dāng)讀操作完成后，中斷處理程序需要完成哪些工作？（）A.保存當(dāng)前進(jìn)程的現(xiàn)場(chǎng)，切換到中斷服務(wù)進(jìn)程，處理中斷請(qǐng)求，恢復(fù)被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場(chǎng)B.直接將讀取的數(shù)據(jù)傳遞給請(qǐng)求進(jìn)程，更新設(shè)備狀態(tài)，然后繼續(xù)執(zhí)行被中斷的進(jìn)程C.通知磁盤控制器停止操作，釋放相關(guān)資源，喚醒等待該I/O操作完成的進(jìn)程D.檢查中斷原因，獲取讀取的數(shù)據(jù)，進(jìn)行錯(cuò)誤處理，將控制權(quán)交回被中斷的進(jìn)程2、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。現(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3、某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用分頁存儲(chǔ)管理方式，頁面大小為4KB，邏輯地址為32位。若某進(jìn)程的頁表如下所示：頁號(hào)物理塊號(hào)021528311則邏輯地址0x12345678對(duì)應(yīng)的物理地址是多少？（請(qǐng)給出詳細(xì)的計(jì)算過程）（）A.0x52345678B.0x82345678C.0x11345678D.0x223456784、某文件系統(tǒng)采用索引節(jié)點(diǎn)（inode）來管理文件，每個(gè)inode包含12個(gè)直接地址指針、1個(gè)一級(jí)間接地址指針、1個(gè)二級(jí)間接地址指針和1個(gè)三級(jí)間接地址指針。每個(gè)盤塊大小為1KB，每個(gè)盤塊號(hào)占4B。若文件最大長(zhǎng)度為4TB，則三級(jí)間接地址指針指向的盤塊數(shù)是多少？（請(qǐng)?jiān)敿?xì)計(jì)算）（）A.2^20B.2^22C.2^24D.2^265、考慮一個(gè)具有4個(gè)頁面的虛擬內(nèi)存系統(tǒng)，頁面大小為1KB，邏輯地址空間為32位。假設(shè)某一時(shí)刻，頁表內(nèi)容如下：頁號(hào)0對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)為2，頁號(hào)1對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)為5，頁號(hào)2對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)為7，頁號(hào)3對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)為9。若進(jìn)程訪問的邏輯地址為0x12345，請(qǐng)問對(duì)應(yīng)的物理地址是多少？（）A.0x22345B.0x52345C.0x72345D.0x923456、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，死鎖是一個(gè)需要避免的問題。假設(shè)有四個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3、P4，它們分別需要資源A、B、C，資源的數(shù)量分別為5、4、3，每個(gè)進(jìn)程所需的資源數(shù)量如下表所示：（）進(jìn)程所需資源A所需資源B所需資源CP1211P2121P3112P4212采用銀行家算法來判斷系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)。如果當(dāng)前系統(tǒng)的資源分配情況如下表所示：進(jìn)程已分配資源A已分配資源B已分配資源CP1100P2010P3110P4101那么，系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)？A.系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，存在一個(gè)安全序列，如B.系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，存在一個(gè)安全序列，如C.系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)，不存在安全序列D.系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，存在一個(gè)安全序列，如7、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，虛擬文件系統(tǒng)（VFS）為不同類型的文件系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的接口。假設(shè)系統(tǒng)同時(shí)支持EXT4、NTFS和FAT32等文件系統(tǒng)，分析VFS的層次結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制，包括文件操作的轉(zhuǎn)換和不同文件系統(tǒng)的適配，并討論VFS在支持多種文件系統(tǒng)和提高系統(tǒng)可擴(kuò)展性方面的作用。A.VFS作用顯著，提高了可擴(kuò)展性B.VFS作用有限，對(duì)可擴(kuò)展性影響不大C.VFS增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，得不償失D.取決于系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景和用戶需求8、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理存儲(chǔ)在磁盤上的文件和目錄。假設(shè)使用的是一種索引節(jié)點(diǎn)（inode）結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)，每個(gè)文件都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的inode，其中包含了文件的屬性信息和指向文件數(shù)據(jù)塊的指針?，F(xiàn)在有一個(gè)大文件，其數(shù)據(jù)分布在多個(gè)不連續(xù)的磁盤塊上。當(dāng)讀取這個(gè)文件時(shí)，文件系統(tǒng)需要通過inode中的指針來定位數(shù)據(jù)塊。分析這種文件系統(tǒng)在處理大文件時(shí)的性能特點(diǎn)，包括磁盤尋道時(shí)間、數(shù)據(jù)傳輸速度和文件訪問的效率，并探討如何優(yōu)化文件系統(tǒng)以提高大文件的訪問性能。A.讀取大文件時(shí)性能較好，無需優(yōu)化B.讀取大文件時(shí)性能較差，可采用連續(xù)分配方式優(yōu)化C.讀取大文件時(shí)性能較差，可采用更大的磁盤緩存優(yōu)化D.讀取大文件時(shí)性能較差，可采用更高效的磁盤調(diào)度算法優(yōu)化9、在一個(gè)多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，有三個(gè)作業(yè)J1、J2和J3，它們的到達(dá)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間和優(yōu)先級(jí)如下表所示。假設(shè)系統(tǒng)采用優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，優(yōu)先級(jí)數(shù)值越大優(yōu)先級(jí)越高。作業(yè)到達(dá)時(shí)間運(yùn)行時(shí)間（分鐘）優(yōu)先級(jí)J18:00305J28:10203J38:25154請(qǐng)問，作業(yè)的執(zhí)行順序是什么？（）A.J3、J1、J2B.J1、J3、J2C.J3、J2、J1D.J1、J2、J310、在一個(gè)操作系統(tǒng)中，內(nèi)存管理不僅要考慮進(jìn)程的內(nèi)存分配，還要處理內(nèi)存碎片問題。假設(shè)系統(tǒng)采用了首次適應(yīng)、最佳適應(yīng)和最壞適應(yīng)等內(nèi)存分配算法，分析這些算法在產(chǎn)生內(nèi)存碎片的數(shù)量、內(nèi)存利用率和分配速度等方面的特點(diǎn)，并討論如何通過算法的選擇和優(yōu)化來減少內(nèi)存碎片的產(chǎn)生，提高內(nèi)存管理的效率。A.首次適應(yīng)算法最優(yōu)B.最佳適應(yīng)算法最優(yōu)C.最壞適應(yīng)算法最優(yōu)D.不同算法在不同情況下各有優(yōu)劣11、操作系統(tǒng)的文件保護(hù)機(jī)制可以防止文件被非法訪問和修改。以下關(guān)于文件保護(hù)的描述中，哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.文件保護(hù)可以通過訪問控制列表（ACL）來實(shí)現(xiàn)，指定不同用戶對(duì)文件的訪問權(quán)限B.文件可以設(shè)置為只讀、只寫或讀寫三種訪問權(quán)限C.文件的加密和解密可以提高文件的安全性，但也會(huì)增加系統(tǒng)的開銷D.文件保護(hù)只需要在文件系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)，不需要考慮操作系統(tǒng)的其他部分12、在一個(gè)分布式操作系統(tǒng)中，多個(gè)計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，共同完成一個(gè)大型任務(wù)。假設(shè)系統(tǒng)中有節(jié)點(diǎn)A、B、C和D，它們分別承擔(dān)不同的計(jì)算任務(wù)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)。現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)A出現(xiàn)故障，系統(tǒng)需要進(jìn)行故障恢復(fù)和任務(wù)重新分配。在這種情況下，以下關(guān)于分布式操作系統(tǒng)的處理方式的描述，哪一項(xiàng)是正確的？（）A.系統(tǒng)會(huì)立即停止所有任務(wù)，等待節(jié)點(diǎn)A恢復(fù)正常后再繼續(xù)運(yùn)行B.其他節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)接管節(jié)點(diǎn)A的任務(wù)，并重新分配計(jì)算和存儲(chǔ)資源，保證任務(wù)繼續(xù)進(jìn)行C.系統(tǒng)會(huì)將整個(gè)任務(wù)回滾到之前的一個(gè)檢查點(diǎn)，然后從該點(diǎn)重新開始執(zhí)行D.由于分布式系統(tǒng)的復(fù)雜性，節(jié)點(diǎn)A的故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰，無法恢復(fù)13、在操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度中，優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法可以根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)來決定其執(zhí)行順序。優(yōu)先級(jí)可以是靜態(tài)的，在進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)確定；也可以是動(dòng)態(tài)的，根據(jù)進(jìn)程的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整。假設(shè)系統(tǒng)中有三個(gè)進(jìn)程P1、P2和P3，它們的靜態(tài)優(yōu)先級(jí)分別為3、5和7，當(dāng)前時(shí)刻P1正在運(yùn)行，P2和P3在就緒隊(duì)列中等待。突然，P1發(fā)生I/O等待，P2和P3的優(yōu)先級(jí)不變。那么，接下來應(yīng)該被調(diào)度執(zhí)行的進(jìn)程是（）A.P2B.P3C.繼續(xù)等待P1完成I/O操作D.不確定，取決于系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)14、在一個(gè)多道批處理系統(tǒng)中，有三個(gè)作業(yè)J1、J2和J3，它們的提交時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間如下表所示：作業(yè)提交時(shí)間運(yùn)行時(shí)間（小時(shí)）J18:003J29:002J310:001假設(shè)系統(tǒng)采用短作業(yè)優(yōu)先（SJF）調(diào)度算法，計(jì)算三個(gè)作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。（給出詳細(xì)的計(jì)算過程）（）A.4小時(shí)B.4.33小時(shí)C.4.67小時(shí)D.5小時(shí)15、在一個(gè)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(shè)一個(gè)多線程應(yīng)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(duì)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(shè)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?jiǎng)討B(tài)調(diào)整親和性。A.核心切換總是降低性能，應(yīng)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(duì)性能影響不大，無需關(guān)注D.取決于應(yīng)用程序的特點(diǎn)和系統(tǒng)負(fù)載二、簡(jiǎn)答題（本大題共3個(gè)小題，共15分)1、（本題5分）描述多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法的基本思想。2、（本題5分）簡(jiǎn)述操作系統(tǒng)中的安全漏洞檢測(cè)。3、（本題5分）什么是系統(tǒng)崩潰恢復(fù)？如何實(shí)現(xiàn)？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)中的進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)繼承和優(yōu)先級(jí)天花板機(jī)制，探討如何解決優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問題。分析這些機(jī)制對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)和多任務(wù)環(huán)境的性能影響。2、（本題5分）在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，時(shí)間片的大小設(shè)置對(duì)系統(tǒng)性能有重要影響。論述時(shí)間片大小的選擇原則和影響因素，分析不同時(shí)間片大小對(duì)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間和系統(tǒng)吞吐量的影響，探討如何根據(jù)系統(tǒng)需求合理設(shè)置時(shí)間片大小。3、（本題5分）論述操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)的擴(kuò)展性和可維護(hù)性，研究如何支持大容量存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)文件系統(tǒng)擴(kuò)展和文件系統(tǒng)的升級(jí)。分析文件系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)其擴(kuò)展性和可維護(hù)性的影響。4、（本題5分）操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用是用戶程序與操作系統(tǒng)內(nèi)核交互的接口。請(qǐng)全面論述系統(tǒng)調(diào)用的作用、分類和實(shí)現(xiàn)方式，分析系統(tǒng)調(diào)用的開銷和優(yōu)化方法，并通過實(shí)例說明如何使用系統(tǒng)調(diào)用完成特定的任務(wù)。5、（本題5分）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中