北京理工大學(xué)《操作系統(tǒng)》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁北京理工大學(xué)《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1分，共15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、某文件系統(tǒng)采用索引節(jié)點(diǎn)（inode）來存儲(chǔ)文件的屬性和磁盤塊的指針。假設(shè)一個(gè)inode占用128字節(jié)，其中10個(gè)直接磁盤塊指針，1個(gè)一級(jí)間接磁盤塊指針，1個(gè)二級(jí)間接磁盤塊指針，1個(gè)三級(jí)間接磁盤塊指針。每個(gè)磁盤塊大小為4KB，每個(gè)磁盤塊指針占用4字節(jié)。請(qǐng)問該文件系統(tǒng)能夠支持的最大文件大小是多少？（）A.16GBB.32GBC.64GBD.128GB2、在一個(gè)采用位示圖進(jìn)行磁盤空間管理的操作系統(tǒng)中，磁盤共有1000個(gè)物理塊，位示圖中每個(gè)字長(zhǎng)為32位。那么，位示圖需要占用多少個(gè)磁盤塊來存儲(chǔ)？（）A.10B.11C.32D.333、在操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)調(diào)用是用戶程序與操作系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行交互的接口。假設(shè)有一個(gè)用戶程序需要讀取一個(gè)文件的內(nèi)容，通過系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)。以下關(guān)于系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行過程的描述，正確的是：（）A.用戶程序直接訪問文件系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，完成文件讀取操作B.用戶程序通過陷入內(nèi)核模式，執(zhí)行內(nèi)核提供的文件讀取函數(shù)C.系統(tǒng)調(diào)用會(huì)導(dǎo)致用戶程序被阻塞，直到文件讀取完成后才能繼續(xù)執(zhí)行D.系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行速度非?？?，對(duì)用戶程序的性能幾乎沒有影響4、在一個(gè)具有多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)中，用戶A在其主目錄下創(chuàng)建了一個(gè)子目錄subdir，并在subdir目錄下創(chuàng)建了文件file.txt。用戶B沒有權(quán)限訪問用戶A的主目錄，但具有對(duì)subdir目錄的讀權(quán)限。請(qǐng)問用戶B能否讀取file.txt文件的內(nèi)容？（）A.能B.不能C.取決于文件的具體權(quán)限設(shè)置D.無法確定5、在操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)中，文件的存儲(chǔ)方式會(huì)影響文件的讀寫效率和存儲(chǔ)空間的利用。連續(xù)分配方式將文件存儲(chǔ)在連續(xù)的磁盤塊中，便于順序訪問，但容易產(chǎn)生外部碎片；鏈?zhǔn)椒峙浞绞酵ㄟ^指針將文件的磁盤塊鏈接起來，解決了外部碎片問題，但隨機(jī)訪問效率較低；索引分配方式則通過索引表來管理文件的磁盤塊。假設(shè)一個(gè)文件系統(tǒng)采用索引分配方式，索引表項(xiàng)中包含直接地址和間接地址。每個(gè)磁盤塊大小為1KB，文件大小為100KB，直接地址項(xiàng)可以指向10個(gè)磁盤塊，一個(gè)一級(jí)間接地址項(xiàng)可以指向256個(gè)磁盤塊。那么，至少需要多少個(gè)一級(jí)間接地址（）項(xiàng)來存儲(chǔ)該文件（）A.0個(gè)B.1個(gè)C.2個(gè)D.3個(gè)6、在操作系統(tǒng)中，線程同步的方式有多種，如互斥鎖、條件變量、信號(hào)量等。假設(shè)一個(gè)線程需要等待另一個(gè)線程完成某個(gè)操作后才能繼續(xù)執(zhí)行。以下關(guān)于線程同步方式選擇的描述，正確的是：（）A.如果只是簡(jiǎn)單的互斥訪問資源，使用條件變量更合適B.信號(hào)量適合用于多個(gè)線程對(duì)多個(gè)資源的同步訪問C.互斥鎖適用于線程之間需要復(fù)雜的交互和等待條件的情況D.條件變量通常與互斥鎖配合使用，以實(shí)現(xiàn)線程的等待和喚醒7、在一個(gè)文件系統(tǒng)中，文件的物理結(jié)構(gòu)采用連續(xù)分配方式。已知一個(gè)文件的起始物理塊號(hào)為100，文件長(zhǎng)度為50個(gè)物理塊。如果要在文件中間插入10個(gè)物理塊的內(nèi)容，需要進(jìn)行怎樣的操作？（）A.直接在文件中間插入新的物理塊，修改文件長(zhǎng)度B.將文件后半部分內(nèi)容向后移動(dòng)10個(gè)物理塊的位置，然后插入新內(nèi)容C.重新為文件分配連續(xù)的物理空間，將原內(nèi)容和新內(nèi)容一起寫入D.無法在連續(xù)分配方式下直接插入，只能采用其他分配方式8、在操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中，負(fù)責(zé)與硬件設(shè)備進(jìn)行通信和控制。假設(shè)一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要處理設(shè)備的中斷請(qǐng)求。以下關(guān)于中斷處理的描述，正確的是：（）A.設(shè)備中斷發(fā)生時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)立即暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的進(jìn)程，轉(zhuǎn)去處理中斷B.中斷處理程序的執(zhí)行時(shí)間應(yīng)該盡量短，以免影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性C.設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在處理中斷時(shí)，可以阻塞其他設(shè)備的中斷請(qǐng)求D.中斷處理完成后，操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選擇一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度執(zhí)行9、在一個(gè)具有文件共享功能的操作系統(tǒng)中，多個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)訪問同一個(gè)文件。為了保證文件數(shù)據(jù)的一致性，系統(tǒng)采用了文件鎖機(jī)制。有進(jìn)程P1正在對(duì)文件進(jìn)行讀操作，并獲取了共享讀鎖，此時(shí)進(jìn)程P2想要對(duì)文件進(jìn)行寫操作。那么，進(jìn)程P2會(huì)處于什么狀態(tài)？（）A.就緒狀態(tài)，等待獲取寫鎖B.阻塞狀態(tài)，直到P1釋放讀鎖C.運(yùn)行狀態(tài)，可以直接進(jìn)行寫操作D.錯(cuò)誤狀態(tài)，不允許同時(shí)進(jìn)行讀寫操作10、在操作系統(tǒng)中，進(jìn)程通信是進(jìn)程之間交換信息的重要手段。常見的進(jìn)程通信方式有共享存儲(chǔ)、消息傳遞和管道通信等。共享存儲(chǔ)方式通過在內(nèi)存中開辟共享存儲(chǔ)區(qū)來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信；消息傳遞方式則通過發(fā)送和接收消息來完成；管道通信是一種半雙工的通信方式?，F(xiàn)在有兩個(gè)進(jìn)程需要頻繁地交換大量數(shù)據(jù)，為了提高通信效率，最適合采用的通信方式是（）A.共享存儲(chǔ)B.消息傳遞C.管道通信D.以上方式均可11、某操作系統(tǒng)中，有三個(gè)進(jìn)程P1、P2和P3，它們共享兩個(gè)資源R1和R2。資源分配情況如下表所示：進(jìn)程已分配資源最大需求資源R1R2R1R2P11032P20121P31131系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)？如果是，給出一個(gè)安全序列。（請(qǐng)給出詳細(xì)的分析過程）（）A.是，P2、P1、P3B.是，P1、P2、P3C.否D.是，P3、P1、P212、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)問完成這次數(shù)據(jù)傳輸總共需要多長(zhǎng)時(shí)間？（）A.1150μsB.1550μsC.2050μsD.2150μs13、考慮一個(gè)具有多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法的系統(tǒng)，共設(shè)置3個(gè)隊(duì)列，優(yōu)先級(jí)依次降低。第1隊(duì)列時(shí)間片為2ms，第2隊(duì)列時(shí)間片為4ms，第3隊(duì)列時(shí)間片為8ms。若有進(jìn)程P1到達(dá)時(shí)進(jìn)入第1隊(duì)列，運(yùn)行1ms后未完成，被放入第2隊(duì)列；進(jìn)程P2到達(dá)時(shí)進(jìn)入第2隊(duì)列，運(yùn)行3ms后未完成，被放入第3隊(duì)列。請(qǐng)問當(dāng)P1再次獲得CPU時(shí)，它已經(jīng)等待了多長(zhǎng)時(shí)間？（）A.4msB.5msC.6msD.7ms14、在一個(gè)具有多個(gè)緩沖區(qū)的I/O系統(tǒng)中，假定從磁盤把一塊數(shù)據(jù)輸入到緩沖區(qū)的時(shí)間為T1，把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)傳送到用戶區(qū)的時(shí)間為T2，CPU對(duì)這一塊數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的時(shí)間為T3。若采用單緩沖技術(shù)，系統(tǒng)處理一塊數(shù)據(jù)的總時(shí)間是多少？若采用雙緩沖技術(shù)呢？（請(qǐng)分別給出計(jì)算過程）（）A.T1+T2+T3和max(T1,T2)+T3B.T1+T2+T3和T1+max(T2,T3)C.T1+max(T2,T3)和T1+T2+T3D.max(T1,T2)+T3和T1+max(T2,T3)15、某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用固定分區(qū)存儲(chǔ)管理方式，系統(tǒng)內(nèi)存被劃分為4個(gè)分區(qū)，大小分別為200KB、400KB、600KB和800KB。現(xiàn)有四個(gè)作業(yè)J1、J2、J3和J4，它們的大小分別為150KB、350KB、550KB和750KB。若采用首次適應(yīng)算法分配內(nèi)存，作業(yè)的裝入順序?yàn)镴1、J2、J3、J4，請(qǐng)問哪個(gè)作業(yè)無法裝入內(nèi)存？（）A.J1B.J2C.J3D.J4二、簡(jiǎn)答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）什么是快表？其作用是什么？2、（本題5分）操作系統(tǒng)如何處理進(jìn)程的資源競(jìng)爭(zhēng)？3、（本題5分）簡(jiǎn)述管程的概念和特點(diǎn)。4、（本題5分）操作系統(tǒng)如何處理異常和錯(cuò)誤？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)中的存儲(chǔ)保護(hù)機(jī)制，包括內(nèi)存保護(hù)和外存保護(hù)。分析如何防止進(jìn)程非法訪問其他進(jìn)程的內(nèi)存空間，以及如何保證文件系統(tǒng)的安全性和完整性。2、（本題5分）詳細(xì)闡述操作系統(tǒng)中的內(nèi)存管理中的伙伴系統(tǒng)算法，探討其工作原理、優(yōu)點(diǎn)和適用場(chǎng)景。分析伙伴系統(tǒng)算法在內(nèi)存分配和回收過程中的性能表現(xiàn)。3、（本題5分）在分布式操作系統(tǒng)中，分布式文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)面臨著諸多挑戰(zhàn)。論述分布式文件系統(tǒng)的架構(gòu)、數(shù)據(jù)一致性維護(hù)和副本管理策略，分析分布式文件系統(tǒng)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問方面的性能優(yōu)化方法，探討分布式文件系統(tǒng)在大規(guī)模分布式環(huán)境中的應(yīng)用和發(fā)展。4、（本題5分）在分布式操作系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)復(fù)制是提高數(shù)據(jù)可用性和可靠性的常用技術(shù)。請(qǐng)深入探討數(shù)據(jù)復(fù)制的策略，如主從復(fù)制、多主復(fù)制等，分析數(shù)據(jù)復(fù)制中的一致性維護(hù)、更新傳播和沖突解決機(jī)制，以及如何根據(jù)系統(tǒng)需求和網(wǎng)絡(luò)條件選擇合適的數(shù)據(jù)復(fù)制方案。5、（本題5分）在多核操作系統(tǒng)中，內(nèi)存屏障（MemoryBarrier）是保證內(nèi)存操作順序和數(shù)據(jù)一致性的重要機(jī)制。全面論述內(nèi)存屏障的類型、作用和工作原理，分析內(nèi)存屏障在多核編程中的應(yīng)用和