湖南科技學院《操作系統(tǒng)》2022-2023學年第一學期期末試卷

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《操作系統(tǒng)》2022-2023學年第一學期期末試卷院(系)_______班級_______學號_______姓名_______題號一二三四總分得分批閱人一、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、在操作系統(tǒng)的內(nèi)核中，進程管理模塊負責進程的創(chuàng)建、調(diào)度和終止等操作。假設一個進程由于等待資源而進入阻塞狀態(tài)。以下關于阻塞進程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的描述，正確的是：（）A.當所需資源可用時，阻塞進程會直接轉(zhuǎn)換為運行狀態(tài)B.阻塞進程首先轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài)，然后等待調(diào)度程序分配CPUC.阻塞進程會一直保持阻塞狀態(tài)，直到系統(tǒng)強制終止D.阻塞進程在等待一段時間后會自動轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài)2、在一個具有虛擬存儲管理的操作系統(tǒng)中，進程的邏輯地址空間被劃分為若干頁面，物理內(nèi)存被劃分為相同大小的頁框。當進程執(zhí)行時，如果所需頁面不在物理內(nèi)存中，就會產(chǎn)生缺頁中斷。假設一個進程正在執(zhí)行，其頁面訪問序列為1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5，系統(tǒng)采用先進先出（FIFO）頁面置換算法，分配給該進程的物理內(nèi)存頁框數(shù)量為3。那么，在此過程中發(fā)生的缺頁次數(shù)是多少？（）A.7次B.8次C.9次D.10次3、在操作系統(tǒng)中，虛擬存儲技術可以擴大程序的可用內(nèi)存空間。以下關于虛擬存儲的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.虛擬存儲技術將硬盤空間作為內(nèi)存的擴展，當內(nèi)存不足時，將部分頁面換出到硬盤上B.虛擬存儲技術可以提高程序的并發(fā)度，因為多個程序可以共享硬盤空間作為虛擬內(nèi)存C.虛擬存儲技術需要硬件支持，如MMU（內(nèi)存管理單元）D.虛擬存儲技術可以完全替代物理內(nèi)存，使得程序可以在沒有物理內(nèi)存的情況下運行4、在計算機操作系統(tǒng)中，內(nèi)存管理是一項關鍵任務。假設系統(tǒng)采用分頁存儲管理方式，頁面大小為4KB，某進程的邏輯地址空間為32GB。則該進程的頁表項數(shù)量至少為：（）A.8MB.2MC.1MD.4M5、考慮一個具有多個進程的系統(tǒng)，進程之間存在資源競爭。假設有資源R1、R2和R3，進程P1已經(jīng)占用了資源R1，進程P2已經(jīng)占用了資源R2，進程P3申請資源R1和R2。此時系統(tǒng)處于什么狀態(tài)？（）A.安全狀態(tài)B.不安全狀態(tài)C.死鎖狀態(tài)D.無法確定6、考慮一個具有多級反饋隊列調(diào)度算法的系統(tǒng)，共設置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。若有進程P1到達時進入第1隊列，運行1ms后未完成，被放入第2隊列；進程P2到達時進入第2隊列，運行3ms后未完成，被放入第3隊列。請問當P1再次獲得CPU時，它已經(jīng)等待了多長時間？（）A.4msB.5msC.6msD.7ms7、在一個具有設備管理功能的操作系統(tǒng)中，設備分配采用靜態(tài)分配方式。有三個進程P1、P2、P3，分別需要使用打印機、掃描儀和繪圖儀。系統(tǒng)中有一臺打印機、一臺掃描儀和一臺繪圖儀。當P1申請打印機、P2申請掃描儀、P3申請繪圖儀時，系統(tǒng)能否滿足這些請求？（）A.可以滿足，因為每個進程申請的設備不同B.不能滿足，因為設備分配是靜態(tài)的，可能已經(jīng)被其他進程占用C.可以滿足，但需要等待一段時間，進行設備的分配和初始化D.不確定，取決于設備的當前狀態(tài)和系統(tǒng)的配置8、在一個具有虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)中，進程的地址空間被劃分為邏輯地址和物理地址。當進程訪問一個虛擬地址時，系統(tǒng)通過頁表將其轉(zhuǎn)換為物理地址。假設頁表的每個條目包含頁號、頁框號和一些訪問控制位。現(xiàn)在有一個進程，其邏輯地址空間大小為4GB，頁面大小為4KB，頁表項大小為4字節(jié)。如果系統(tǒng)為該進程分配了1GB的物理內(nèi)存，那么頁表的大小至少是多少？同時考慮頁表的存儲方式和對內(nèi)存訪問效率的影響。A.1MBB.2MBC.4MBD.8MB9、在存儲管理中，頁面置換時，如果所有頁都在使用，優(yōu)先置換未被修改的頁，這是基于（）的考慮。A.減少I/O次數(shù)B.提高內(nèi)存利用率C.縮短置換時間D.以上都是10、在一個具有緩沖池的操作系統(tǒng)中，緩沖池由多個緩沖區(qū)組成，分為空緩沖區(qū)隊列、裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊列和裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊列。當進程需要輸入數(shù)據(jù)時，從裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊列中取出一個緩沖區(qū)；當進程需要輸出數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)放入空緩沖區(qū)中。假設當前空緩沖區(qū)隊列為空，裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊列中有3個緩沖區(qū)，裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊列中有2個緩沖區(qū)。進程P1需要輸入數(shù)據(jù)，進程P2需要輸出數(shù)據(jù)。那么，系統(tǒng)會如何處理？（）A.進程P1等待，進程P2將數(shù)據(jù)放入空緩沖區(qū)B.進程P2等待，進程P1從裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊列中取出一個緩沖區(qū)C.進程P1從裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)隊列中取出一個緩沖區(qū)，進程P2等待D.進程P1和P2都等待11、在一個操作系統(tǒng)中，進程通信是非常重要的一部分。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)。以下幾種進程通信方式中，哪種方式最適合這種情況？（）A.共享內(nèi)存：兩個進程可以直接訪問同一塊共享的內(nèi)存區(qū)域，進行數(shù)據(jù)交換B.消息傳遞：通過發(fā)送和接收消息來傳遞數(shù)據(jù)，每個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.信號量：用于進程之間的同步，而不是直接的數(shù)據(jù)交換12、在一個分時操作系統(tǒng)中，多個用戶通過終端同時與系統(tǒng)交互。假設系統(tǒng)的時間片大小為20毫秒，用戶進程A在一個時間片內(nèi)完成了一部分計算任務，還需要繼續(xù)執(zhí)行。以下關于分時操作系統(tǒng)和進程調(diào)度的描述中，正確的是：（）A.在下一個時間片，操作系統(tǒng)一定會調(diào)度進程A繼續(xù)執(zhí)行B.由于時間片較短，用戶會感覺到系統(tǒng)的響應非常迅速，好像每個用戶都在獨占系統(tǒng)C.如果在進程A等待調(diào)度的過程中有更高優(yōu)先級的進程進入就緒狀態(tài)，進程A可能會被延遲調(diào)度D.時間片的大小對系統(tǒng)的吞吐量沒有影響，只影響用戶的響應時間13、在一個操作系統(tǒng)中，設備驅(qū)動程序負責與硬件設備進行通信。假設系統(tǒng)需要添加一個新的外部設備，分析設備驅(qū)動程序的開發(fā)過程，包括硬件接口的了解、寄存器的操作、中斷處理等，并討論設備驅(qū)動程序在操作系統(tǒng)中的地位和作用，以及如何保證設備驅(qū)動程序的穩(wěn)定性和可靠性。A.設備驅(qū)動程序開發(fā)簡單，作用不大B.設備驅(qū)動程序開發(fā)復雜，作用關鍵C.設備驅(qū)動程序開發(fā)難度適中，作用一般D.取決于設備的類型和復雜度14、某計算機系統(tǒng)采用虛擬存儲技術，系統(tǒng)為用戶進程提供了2GB的虛擬地址空間，頁面大小為4KB，采用兩級頁表結(jié)構(gòu)。若頁目錄表和頁表中的每個表項均占4B，則頁目錄表和頁表分別最多包含多少個表項？（給出詳細的計算過程）（）A.512和1024B.1024和512C.512和512D.1024和102415、在一個操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)調(diào)用是用戶程序與內(nèi)核進行交互的接口。假設一個用戶程序需要讀取一個文件的內(nèi)容，它通過系統(tǒng)調(diào)用向內(nèi)核發(fā)起請求。分析系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程，包括從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)、內(nèi)核的處理邏輯以及返回結(jié)果給用戶態(tài)的機制，并討論系統(tǒng)調(diào)用的開銷和如何減少系統(tǒng)調(diào)用的次數(shù)以提高程序的性能。A.系統(tǒng)調(diào)用開銷小，無需優(yōu)化B.系統(tǒng)調(diào)用開銷大，可通過緩存優(yōu)化C.系統(tǒng)調(diào)用開銷大，可通過合并調(diào)用優(yōu)化D.系統(tǒng)調(diào)用開銷適中，無需特別優(yōu)化二、簡答題（本大題共3個小題，共15分)1、（本題5分）進程的優(yōu)先級調(diào)整策略有哪些？2、（本題5分）解釋操作系統(tǒng)中的內(nèi)存屏障指令。3、（本題5分）解釋操作系統(tǒng)的教育和培訓需求。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)中的進程遷移的負載預測和決策模型，分析如何根據(jù)系統(tǒng)負載的動態(tài)變化準確預測需要遷移的進程和目標節(jié)點，以實現(xiàn)有效的負載均衡。2、（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。分析線程與進程的關系，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)。3、（本題5分）隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，操作系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)設備中的應用越來越廣泛。論述物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的特點和需求，如低功耗、小內(nèi)存占用、實時性等，分析物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)與傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的差異，探討物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)在智能家居、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領域的應用和發(fā)展趨勢。4、（本題5分）在現(xiàn)代計算機操作系統(tǒng)中，進程調(diào)度算法對于系統(tǒng)性能有著至關重要的影響。請詳細論述常見的進程調(diào)度算法，如先來先服務（FCFS）、短作業(yè)優(yōu)先（SJF）、時間片輪轉(zhuǎn)（RR）等，分析它們的優(yōu)缺點，并探討在不同場景下如何選擇合適的調(diào)度算法以提高系統(tǒng)的整體性能。5、（本題5分）操作系統(tǒng)的內(nèi)存頁面置換算法對于提高內(nèi)存利用率和系統(tǒng)性能具有重要意義。請深入探討常見的頁面置換算法，如最佳置換算法（O