武漢設(shè)計工程學(xué)院《操作系統(tǒng)原理》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級_______學(xué)號_______姓名_______題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共25個小題，每小題1分，共25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、在一個操作系統(tǒng)中，進程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下：就緒->運行，運行->就緒，運行->阻塞，阻塞->就緒。假設(shè)當(dāng)前有三個進程P1、P2、P3處于就緒狀態(tài)，系統(tǒng)采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，時間片大小為10ms。進程P1首先獲得CPU資源并開始運行，在運行5ms后，進程P1發(fā)生I/O操作進入阻塞狀態(tài)。此時，系統(tǒng)會如何調(diào)度？（）A.從就緒隊列中選擇P2進程運行B.等待P1的I/O操作完成，繼續(xù)運行P1C.重新選擇P1進程運行，直到時間片用完D.暫停系統(tǒng)運行，等待其他進程進入就緒狀態(tài)2、某計算機系統(tǒng)采用DMA方式進行數(shù)據(jù)傳輸，DMA控制器每次能夠傳輸一個字節(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)置的時間為100μs，DMA傳輸一個字節(jié)的時間為1μs，中斷處理的時間為50μs，請問完成這次數(shù)據(jù)傳輸總共需要多長時間？（）A.1150μsB.1550μsC.2050μsD.2150μs3、操作系統(tǒng)的內(nèi)核是系統(tǒng)的核心部分，負責(zé)管理系統(tǒng)的資源和提供基本的服務(wù)。以下關(guān)于內(nèi)核的描述中，哪個選項是錯誤的？（）A.內(nèi)核可以分為微內(nèi)核和宏內(nèi)核兩種類型，微內(nèi)核結(jié)構(gòu)更加靈活，但性能較低B.內(nèi)核的主要功能包括進程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)管理和設(shè)備管理等C.內(nèi)核可以直接訪問硬件資源，但需要通過驅(qū)動程序來實現(xiàn)對設(shè)備的控制D.內(nèi)核是操作系統(tǒng)中唯一運行在特權(quán)模式下的部分，其他部分都運行在用戶模式下4、在操作系統(tǒng)中，死鎖的檢測和恢復(fù)是處理死鎖問題的重要手段。死鎖檢測可以通過資源分配圖或者矩陣的方法進行。假設(shè)系統(tǒng)中有四個資源類型R1、R2、R3和R4，三個進程P1、P2和P3。P1申請了R1和R2，P2申請了R2和R3，P3申請了R3和R4。現(xiàn)在通過資源分配圖進行死鎖檢測，那么該系統(tǒng)是否處于死鎖狀態(tài)（）A.是B.否C.無法確定D.以上都不對5、在一個采用段頁式存儲管理的系統(tǒng)中，某進程的段表如下所示：段號頁表長度（頁）頁表始址032001240021500若邏輯地址為（1，100），其中段號為1，頁號為100，頁面大小為1KB，請問其對應(yīng)的物理地址是多少？（給出詳細的計算過程）（）A.500B.600C.700D.8006、在操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)中，文件的物理結(jié)構(gòu)有連續(xù)分配、鏈接分配和索引分配等多種方式。連續(xù)分配方式具有較高的順序訪問速度，但存在外部碎片問題；鏈接分配方式解決了外部碎片問題，但隨機訪問速度較慢；索引分配方式則結(jié)合了兩者的優(yōu)點。假設(shè)一個文件系統(tǒng)采用索引分配方式，每個索引節(jié)點包含13個直接地址項、1個一級間接地址項、1個二級間接地址項和1個三級間接地址項，每個地址項大小為4字節(jié)，盤塊大小為1KB。若要訪問文件的第10000塊，至少需要幾次磁盤I/O操作（）A.1B.2C.3D.47、在一個實時系統(tǒng)中，有兩個周期性任務(wù)T1和T2，T1的周期為20ms，執(zhí)行時間為10ms；T2的周期為50ms，執(zhí)行時間為20ms。采用最早截止時間優(yōu)先（EDF）調(diào)度算法，在0時刻兩個任務(wù)同時到達，請問哪個任務(wù)會先執(zhí)行？（）A.T1B.T2C.不確定D.同時執(zhí)行8、在一個操作系統(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文件的內(nèi)容，通過系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)這個功能。以下關(guān)于系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程的描述，哪一項是正確的？（）A.用戶程序通過陷入指令（trap）進入內(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)測到后進行相應(yīng)的處理C.用戶程序?qū)⑾到y(tǒng)調(diào)用請求發(fā)送到消息隊列，內(nèi)核從隊列中獲取請求并執(zhí)行D.用戶程序通過中斷信號通知內(nèi)核執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用，內(nèi)核暫停當(dāng)前任務(wù)進行處理9、在一個實時操作系統(tǒng)中，任務(wù)的截止時間是一個關(guān)鍵因素。假設(shè)系統(tǒng)中有一個硬實時任務(wù)T1，其截止時間為100ms，當(dāng)前時間為50ms，任務(wù)已經(jīng)執(zhí)行了40ms，還剩下20ms的計算量。以下關(guān)于任務(wù)調(diào)度的描述中，正確的是：（）A.操作系統(tǒng)會暫停其他任務(wù)，優(yōu)先保證T1在截止時間前完成B.如果此時有一個更高優(yōu)先級的非實時任務(wù)就緒，操作系統(tǒng)會調(diào)度該任務(wù)執(zhí)行C.由于T1已經(jīng)花費了較多時間，操作系統(tǒng)會判定其無法按時完成，將其放棄D.實時操作系統(tǒng)不會對任務(wù)進行搶占式調(diào)度，以避免影響任務(wù)的執(zhí)行進度10、進程同步和互斥是操作系統(tǒng)中保證進程正確執(zhí)行的關(guān)鍵機制。假設(shè)有兩個進程P1和P2，它們共享一個資源R。為了保證互斥訪問資源R，使用了信號量機制。初始時，信號量S的值為1。當(dāng)P1訪問資源R時，執(zhí)行P(S)操作；當(dāng)P1訪問結(jié)束后，執(zhí)行V(S)操作。以下關(guān)于信號量和進程操作的描述中，正確的是：（）A.當(dāng)P1執(zhí)行P(S)操作后，如果S的值變?yōu)?，則P1獲得資源R并進入臨界區(qū)B.如果P2在P1執(zhí)行V(S)操作之前執(zhí)行P(S)操作，P2一定會被阻塞C.信號量S的值永遠不會小于0，因為這意味著出現(xiàn)了錯誤的操作D.當(dāng)P1執(zhí)行V(S)操作后，如果有多個進程在等待資源R，操作系統(tǒng)會隨機選擇一個進程進入臨界區(qū)11、在一個具有快表的分頁存儲管理系統(tǒng)中，快表的命中率為80%，訪問快表的時間為10ns，訪問主存的時間為100ns。若要訪問的頁面在快表中，那么一次有效地址轉(zhuǎn)換所需的平均時間是多少？若頁面不在快表中呢？（）A.20ns，110nsB.18ns，110nsC.20ns，120nsD.18ns，120ns12、在一個操作系統(tǒng)中，進程的創(chuàng)建和銷毀是常見的操作。假設(shè)一個應(yīng)用程序需要頻繁創(chuàng)建和銷毀大量的短生命周期進程，分析這種操作對系統(tǒng)性能的影響，包括內(nèi)存分配、資源消耗和上下文切換等，并討論如何通過進程池、線程池等技術(shù)來優(yōu)化這種情況，以及這些技術(shù)的適用場景和限制。A.頻繁創(chuàng)建和銷毀進程總是有害的B.頻繁創(chuàng)建和銷毀進程在某些情況下無害C.可以通過進程池或線程池完全解決性能問題D.進程池和線程池有適用場景和限制13、在一個采用先來先服務(wù)（FCFS）磁盤調(diào)度算法的系統(tǒng)中，假設(shè)磁盤請求隊列的順序為98，183，37，122，14，124，65，67。磁頭初始位置在53磁道，磁頭移動方向從0磁道開始向磁道號增加的方向移動，請問磁頭移動的總距離是多少？（）A.565B.649C.708D.75614、在一個實時操作系統(tǒng)中，任務(wù)具有不同的優(yōu)先級。系統(tǒng)需要保證高優(yōu)先級的任務(wù)能夠及時得到處理。假設(shè)當(dāng)前有三個任務(wù)T1、T2和T3，優(yōu)先級依次降低。當(dāng)T1和T2同時就緒時，以下關(guān)于任務(wù)調(diào)度的描述，正確的是：（）A.操作系統(tǒng)會優(yōu)先調(diào)度T2執(zhí)行，以保證公平性B.T1和T2會按照一定的時間片輪流執(zhí)行C.操作系統(tǒng)會立即調(diào)度T1執(zhí)行，直到T1完成或阻塞D.由于T3優(yōu)先級最低，它將永遠不會得到執(zhí)行機會15、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(shè)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16、在一個采用死鎖檢測算法的系統(tǒng)中，資源分配圖中包含了四個進程P1、P2、P3和P4，以及三類資源R1、R2和R3。資源分配情況如下表所示：進程已分配資源尚需資源R1R2R3R1R2R3P1201110P2110121P3121012P4010211請問該系統(tǒng)是否處于死鎖狀態(tài)？如果是，哪些進程處于死鎖中？（請給出詳細的分析過程）（）A.是，P1、P2、P3B.是，P2、P3、P4C.否D.是，P1、P3、P417、在一個采用請求分頁存儲管理的操作系統(tǒng)中，頁面大小為4KB，某進程的邏輯地址空間為32GB。若該進程的頁表項中，有效位為1表示頁面在內(nèi)存中，為0表示頁面不在內(nèi)存中。假設(shè)頁表存放在內(nèi)存中，每頁可存放1024個頁表項。那么，該進程頁表的大小是多少？（）A.4MBB.8MBC.16MBD.32MB18、在一個操作系統(tǒng)中，進程通信是非常重要的一部分。假設(shè)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19、在一個采用索引分配方式的文件系統(tǒng)中，文件的索引表存放在磁盤上。假設(shè)一個文件有100個磁盤塊，每個磁盤塊大小為4KB，索引表項占用4個字節(jié)。如果采用一級索引，那么索引表最多可以表示多大的文件？如果采用二級索引，又能表示多大的文件？（）A.一級索引最多表示16MB的文件，二級索引最多表示256MB的文件B.一級索引最多表示4MB的文件，二級索引最多表示16GB的文件C.一級索引最多表示64KB的文件，二級索引最多表示256KB的文件D.一級索引最多表示1MB的文件，二級索引最多表示4GB的文件20、在文件系統(tǒng)中，文件的訪問控制是保障數(shù)據(jù)安全的重要手段。假設(shè)一個文件系統(tǒng)對文件設(shè)置了不同的訪問權(quán)限，如讀、寫、執(zhí)行等。對于一個普通用戶創(chuàng)建的文件，以下關(guān)于訪問權(quán)限設(shè)置和繼承的描述，正確的是：（）A.該用戶對自己創(chuàng)建的文件具有完全的控制權(quán)限，包括修改訪問權(quán)限B.其他用戶默認沒有對該文件的任何訪問權(quán)限，除非文件所有者明確授予C.當(dāng)該文件被移動到其他目錄時，其訪問權(quán)限會自動繼承新目錄的默認權(quán)限D(zhuǎn).文件的訪問權(quán)限只能由系統(tǒng)管理員進行修改，用戶無法自行更改21、在計算機操作系統(tǒng)中，內(nèi)存管理是一項關(guān)鍵任務(wù)。假設(shè)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.4M22、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(shè)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.1023、某操作系統(tǒng)采用了文件的加密技術(shù)，對文件的內(nèi)容進行加密存儲。在讀取文件時，需要先進行解密操作。假設(shè)加密和解密算法的時間復(fù)雜度相同，且均為O(n)，其中n為文件的大小。如果讀取一個10MB的文件，加密算法的執(zhí)行時間為5秒，那么解密這個文件大約需要多長時間？（）A.5秒B.10秒C.15秒D.20秒24、在一個多處理器操作系統(tǒng)中，進程可以在不同的處理器上并行執(zhí)行。假設(shè)系統(tǒng)中有四個處理器，進程P1、P2、P3和P4同時就緒。以下關(guān)于多處理器操作系統(tǒng)進程調(diào)度的描述中，正確的是：（）A.操作系統(tǒng)會將這四個進程平均分配到四個處理器上執(zhí)行，以保證負載均衡B.進程調(diào)度的策略與單處理器操作系統(tǒng)完全相同，不需要考慮處理器的數(shù)量C.為了充分利用多處理器資源，操作系統(tǒng)可能會將一個進程的不同部分分配到不同的處理器上執(zhí)行D.如果進程P1是計算密集型，而進程P2是I/O密集型，操作系統(tǒng)會優(yōu)先將P1分配到處理器上執(zhí)行25、在一個多道程序設(shè)計的操作系統(tǒng)中，有三個進程P1、P2、P3，它們的到達時間、服務(wù)時間分別為（0，8）、（1，4）、（2，9）（單位：毫秒）。采用短作業(yè)優(yōu)先（SJF）調(diào)度算法，不考慮進程切換的時間開銷。那么，進程P1的平均周轉(zhuǎn)時間是多少？（）A.8毫秒B.9毫秒C.10毫秒D.11毫秒二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）什么是系統(tǒng)兼容性？2、（本題5分）什么是進程終止的條件和處理過程？3、（本題5分）什么是系統(tǒng)故障恢復(fù)時間？4、（本題5分）什么是信號量？如何實現(xiàn)進程同步？三、綜合分析題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）探討CPU調(diào)度與進程同步之間的關(guān)系，以及如何實現(xiàn)有效的協(xié)調(diào)。2、（本題5分）分析操作系統(tǒng)如何優(yōu)化磁盤I/O調(diào)度算法以適應(yīng)混合工作負載。3、（本題5分）探討操作系統(tǒng)如何處理進程間通信中的消息傳遞的消息隊列的高可用性實現(xiàn)。4、（本題5分）分析操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序架構(gòu)和工作原理。5、（本題5分）研究操作系統(tǒng)如何支持不同類型的文件系統(tǒng)的加密算法的性能比較和選擇。四、論述題（本大題共3個