湖南科技學(xué)院《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頁湖南科技學(xué)院《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、在操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理中，段頁式存儲(chǔ)管理結(jié)合了段式和頁式存儲(chǔ)管理的優(yōu)點(diǎn)。假設(shè)一個(gè)程序被分為多個(gè)段，每個(gè)段又被分為多個(gè)頁。以下關(guān)于段頁式存儲(chǔ)管理的地址轉(zhuǎn)換過程的描述，正確的是：（）A.首先進(jìn)行段的地址轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行頁的地址轉(zhuǎn)換B.先進(jìn)行頁的地址轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行段的地址轉(zhuǎn)換C.段和頁的地址轉(zhuǎn)換同時(shí)進(jìn)行，以提高效率D.地址轉(zhuǎn)換過程只需要進(jìn)行一次，無需區(qū)分段和頁2、在一個(gè)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)核之間的接口。假設(shè)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)這個(gè)功能。以下關(guān)于系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程的描述，哪一項(xiàng)是正確的？（）A.用戶程序通過陷入指令（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態(tài)B.用戶程序直接在用戶態(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.用戶程序通過中斷信號(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3、在操作系統(tǒng)中，虛擬存儲(chǔ)技術(shù)可以擴(kuò)大程序的可用內(nèi)存空間。以下關(guān)于虛擬存儲(chǔ)的描述中，哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.虛擬存儲(chǔ)技術(shù)將硬盤空間作為內(nèi)存的擴(kuò)展，當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)，將部分頁面換出到硬盤上B.虛擬存儲(chǔ)技術(shù)可以提高程序的并發(fā)度，因?yàn)槎鄠€(gè)程序可以共享硬盤空間作為虛擬內(nèi)存C.虛擬存儲(chǔ)技術(shù)需要硬件支持，如MMU（內(nèi)存管理單元）D.虛擬存儲(chǔ)技術(shù)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(yùn)行4、在一個(gè)具有虛擬存儲(chǔ)功能的操作系統(tǒng)中，某進(jìn)程的部分頁面被換出到外存。當(dāng)該進(jìn)程再次訪問這些被換出的頁面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生缺頁中斷。以下關(guān)于缺頁中斷處理的說法，正確的是：（）A.操作系統(tǒng)會(huì)立即將所需頁面從外存調(diào)入內(nèi)存，然后恢復(fù)進(jìn)程的執(zhí)行B.缺頁中斷處理過程中，進(jìn)程會(huì)被一直阻塞，直到頁面調(diào)入完成C.操作系統(tǒng)會(huì)先選擇一個(gè)合適的頁面進(jìn)行置換，然后將所需頁面調(diào)入內(nèi)存D.缺頁中斷的處理優(yōu)先級(jí)低于其他硬件中斷，會(huì)在其他中斷處理完成后再進(jìn)行5、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.2150μs6、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)采用分頁存儲(chǔ)管理方式，頁面大小為4KB，某進(jìn)程的邏輯地址空間為32GB。則該進(jìn)程的頁表項(xiàng)數(shù)量至少為：（）A.8MB.2MC.1MD.4M7、在操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理中，段式存儲(chǔ)管理和頁式存儲(chǔ)管理是兩種常見的方式。假設(shè)一個(gè)程序被分為多個(gè)段，每個(gè)段的長(zhǎng)度不同。以下關(guān)于段式存儲(chǔ)管理和頁式存儲(chǔ)管理的比較中，正確的是：（）A.段式存儲(chǔ)管理更便于實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的共享，因?yàn)槎问前凑者壿媱澐值腂.頁式存儲(chǔ)管理的內(nèi)存碎片問題比段式存儲(chǔ)管理更嚴(yán)重C.段式存儲(chǔ)管理的地址轉(zhuǎn)換速度比頁式存儲(chǔ)管理快，因?yàn)槎蔚拈L(zhǎng)度是固定的D.頁式存儲(chǔ)管理比段式存儲(chǔ)管理更適合處理大程序，因?yàn)轫摰拇笮∈枪潭ǖ?、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)任務(wù)。假設(shè)一個(gè)計(jì)算任務(wù)可以被分解為多個(gè)子任務(wù)，并分配到不同的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。在任務(wù)執(zhí)行過程中，需要進(jìn)行進(jìn)程間的通信和同步。以下哪種方式最適合用于進(jìn)程間的通信？（）A.共享內(nèi)存B.消息傳遞C.信號(hào)量D.管道9、在一個(gè)采用請(qǐng)求分頁存儲(chǔ)管理的系統(tǒng)中，某進(jìn)程的頁面訪問序列為4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5。若分配給該進(jìn)程的物理塊數(shù)為3，且初始時(shí)均為空，采用最近最久未使用（LRU）頁面置換算法，那么發(fā)生的缺頁次數(shù)是多少？（）A.7B.8C.9D.1010、文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中用于管理文件的重要組成部分。假設(shè)一個(gè)文件系統(tǒng)采用多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)，文件的物理存儲(chǔ)采用連續(xù)分配方式。當(dāng)用戶創(chuàng)建一個(gè)新文件時(shí)，以下關(guān)于文件系統(tǒng)操作的描述中，正確的是：（）A.文件系統(tǒng)首先在目錄中為新文件創(chuàng)建一個(gè)條目，然后在磁盤上為其分配連續(xù)的存儲(chǔ)空間B.由于采用連續(xù)分配方式，文件系統(tǒng)需要從頭開始查找足夠的連續(xù)空間來存儲(chǔ)新文件C.文件系統(tǒng)會(huì)為新文件隨機(jī)分配存儲(chǔ)空間，然后更新目錄中的文件信息D.連續(xù)分配方式會(huì)導(dǎo)致文件的擴(kuò)展非常困難，所以文件系統(tǒng)通常會(huì)拒絕創(chuàng)建較大的新文件11、在一個(gè)采用多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法的操作系統(tǒng)中，設(shè)置了三個(gè)就緒隊(duì)列，優(yōu)先級(jí)從高到低依次為Q1、Q2、Q3，時(shí)間片大小分別為2ms、4ms、8ms。進(jìn)程P首先進(jìn)入Q1隊(duì)列，在Q1中運(yùn)行1ms后未完成，被放入Q2隊(duì)列；在Q2中運(yùn)行3ms后未完成，被放入Q3隊(duì)列。那么，進(jìn)程P在Q3隊(duì)列中的時(shí)間片大小是多少？（）A.2msB.4msC.8msD.不確定，取決于系統(tǒng)設(shè)置12、在操作系統(tǒng)中，線程的同步和互斥是保證多線程程序正確執(zhí)行的關(guān)鍵。以下關(guān)于線程同步和互斥的描述中，哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？（）A.線程同步是指多個(gè)線程之間協(xié)調(diào)執(zhí)行，避免出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)條件和數(shù)據(jù)不一致的問題B.線程互斥是指多個(gè)線程之間對(duì)共享資源的訪問進(jìn)行互斥控制，保證同一時(shí)間只有一個(gè)線程訪問共享資源C.線程同步和互斥可以通過鎖、信號(hào)量和條件變量等機(jī)制來實(shí)現(xiàn)D.線程同步和互斥只對(duì)多線程程序有效，對(duì)單線程程序沒有作用13、在一個(gè)支持多線程的操作系統(tǒng)中，線程的同步和互斥是常見的操作。假設(shè)有兩個(gè)線程T1和T2共享一個(gè)全局變量count，初始值為0。T1負(fù)責(zé)對(duì)count進(jìn)行加1操作，T2負(fù)責(zé)對(duì)count進(jìn)行減1操作。為了保證操作的正確性，需要使用鎖機(jī)制。以下關(guān)于鎖使用的描述，正確的是：（）A.T1和T2在操作count前都先獲取鎖，操作完成后釋放鎖B.只有T1需要獲取鎖進(jìn)行加1操作，T2不需要獲取鎖進(jìn)行減1操作C.鎖的獲取和釋放操作會(huì)導(dǎo)致線程的切換，從而降低系統(tǒng)性能D.可以使用多個(gè)鎖來分別保護(hù)count的加操作和減操作，提高并發(fā)度14、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、P215、在操作系統(tǒng)的設(shè)備管理中，I/O控制方式有多種，如程序控制I/O、中斷驅(qū)動(dòng)I/O、DMA方式和通道控制方式。假設(shè)一個(gè)磁盤正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以下關(guān)于不同I/O控制方式的描述中，正確的是：（）A.程序控制I/O方式下，CPU會(huì)一直等待I/O操作完成，導(dǎo)致CPU利用率很低B.中斷驅(qū)動(dòng)I/O方式中，CPU在I/O操作開始后可以去執(zhí)行其他任務(wù)，直到收到中斷信號(hào)C.DMA方式下，數(shù)據(jù)的傳輸完全由DMA控制器控制，CPU無需參與D.通道控制方式是最復(fù)雜的I/O控制方式，因此在實(shí)際應(yīng)用中很少使用二、簡(jiǎn)答題（本大題共3個(gè)小題，共15分)1、（本題5分）解釋操作系統(tǒng)中的內(nèi)存池技術(shù)。2、（本題5分）進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)會(huì)帶來什么問題？3、（本題5分）操作系統(tǒng)如何支持文件的版本控制？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)中的系統(tǒng)調(diào)用接口的設(shè)計(jì)原則和實(shí)現(xiàn)方式，分析系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)傳遞、返回值處理和錯(cuò)誤處理機(jī)制，以及如何保障系統(tǒng)調(diào)用的安全性和穩(wěn)定性。2、（本題5分）詳細(xì)闡述操作系統(tǒng)中的進(jìn)程通信方式，包括共享內(nèi)存、消息傳遞、管道等。比較它們的效率、可靠性和適用場(chǎng)景，并分析在分布式系統(tǒng)中進(jìn)程通信的特點(diǎn)和挑戰(zhàn)。3、（本題5分）詳細(xì)探討操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如B+樹目錄、哈希目錄等，分析它們?cè)谀夸洸檎倚阅芎涂臻g利用率方面的改進(jìn)，以及對(duì)文件操作的影響。4、（本題5分）在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，任務(wù)調(diào)度的可預(yù)測(cè)性是至關(guān)重要的。請(qǐng)深入探討實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度算法的可預(yù)測(cè)性分析方法，包括基于周期、截止時(shí)間和優(yōu)先級(jí)的調(diào)度算法，分析影響調(diào)度可預(yù)測(cè)性的因素，如任務(wù)執(zhí)行時(shí)間的不確定性、資源競(jìng)爭(zhēng)等，研究如何通過調(diào)度算法的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整提高實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度的可預(yù)測(cè)性。5、（本題5分）操作系統(tǒng)中的內(nèi)核同步原語，如自旋鎖、讀寫鎖、信號(hào)量等，對(duì)于多核心環(huán)境下的并